JP2000092844A - コンバータ - Google Patents

Abstract

(57)【要約】 【課題】 過電圧保護機能の信頼性を高めることができ
るコンバータを提供することにある。 【解決手段】 商用電源２０と整流部４との間に介挿さ
れたメインリレー３を備える。制御部２とは別に、電圧
検出部６が検出した電圧が所定の過電圧基準値に達した
とき、過電圧異常が発生した旨を表す過電圧異常信号を
出力する過電圧検出部８を備える。また、制御部２とは
別に、この過電圧検出部８が出力した過電圧異常信号に
基づいてメインリレー３を遮断するリレー遮断部９を備
える。

Description

【発明の詳細な説明】

【０００１】

【発明の属する技術分野】この発明は過電圧保護機能を
備えたコンバータ（順電力変換機）に関する。

【０００２】

【従来の技術】一般的に言って、アクティブフィルタ等
の電圧制御機能を有するコンバータは昇圧動作を実行す
る。この昇圧動作が何らかの異常によって過剰に働いた
場合、コンバータの出力電圧は過電圧に達して、コンデ
ンサや後段のインバータ等の回路部品に致命的な故障を
もたらす。特に、コンデンサやインバータのスイッチ素
子等は発煙、発火、有毒ガスの発生などの危険な故障モ
ードを有している。このため、通常、コンバータには過
電圧保護機能が設けられている。

【０００３】図６は、そのような過電圧保護機能を有す
る従来のコンバータ１０１を例示している。このコンバ
ータは、商用電源（ＡＣ１００Ｖ又は２００Ｖ）１２０
からの入力を整流する整流部１０４と、この整流部１０
４の出力がパルス幅変調されるようにスイッチングする
電圧制御回路又は昇圧回路（以下、単に「電圧制御回路」
という。）１０５と、この電圧制御回路１０５の出力電
圧（Vo）を検出する電圧検出回路１０６と、この電圧検
出回路１０６が検出した電圧（Vo）を帰還させて上記電
圧制御回路１０５の出力電圧（Vo）を制御する制御部１
０２（詳しくはコンバータ制御系１１１）とを備えてい
る。動作時には、商用電源１２０と整流部１０４との間
に介挿されたメインリレー１０３が制御部１０２のリレ
ー制御系１１３によって導通されて、上記電圧制御回路
１０５の出力電圧（Vo）が後段のインバータ又は負荷１
０７へ供給される。動作中に電圧検出回路１０６が検出
した電圧（Vo）が所定の過電圧基準値（Vex）に達した
とき、過電圧検出回路１０８は過電圧異常が発生した旨
を表す過電圧異常信号を制御部１０２の過電圧処理系１
１２へ出力する。過電圧異常信号を受けた制御部１０２
の過電圧処理系１１２は、異常停止命令をコンバータ制
御系１１１へ出力して上記電圧制御回路１０５の動作を
停止させる。これとともに、制御部１０２のリレー制御
系１１３はメインリレー１０３を遮断する。

【０００４】

【発明が解決しようとする課題】しかしながら、昇圧動
作を制御しているのは制御部１０２のコンバータ制御系
１１１であることから、過電圧異常は制御部１０２の異
常（暴走など）に起因して発生する可能性が高い。この
ため過電圧保護機能の全てを制御部１０２に委ねること
は、安全性の面で問題があり、過電圧保護機能の信頼性
が低いと言える。

【０００５】そこで、この発明の目的は、過電圧保護機
能の信頼性を高めることができるコンバータを提供する
ことにある。

【０００６】

【課題を解決するための手段】上記目的を達成するた
め、請求項１に記載のコンバータは、商用電源からの入
力を整流する整流部と、この整流部の出力がパルス幅変
調されるようにスイッチングする電圧制御部と、この電
圧制御部の出力電圧を検出する電圧検出部と、この電圧
検出部が検出した電圧を帰還させて上記電圧制御部の出
力電圧を制御する制御部を備えたコンバータにおいて、
上記商用電源と整流部との間に介挿されたメインリレー
を備えるとともに、上記制御部とは別に、上記電圧検出
部が検出した電圧が所定の過電圧基準値に達したとき、
過電圧異常が発生した旨を表す過電圧異常信号を出力す
る過電圧検出部と、この過電圧検出部が出力した過電圧
異常信号に基づいて上記メインリレーを遮断するリレー
遮断部とを備えたことを特徴とする。

【０００７】この請求項１のコンバータでは、制御部と
は別に設けられた過電圧検出部が出力した過電圧異常信
号に基づいて、制御部とは別に設けられたリレー遮断部
がメインリレーを遮断する。したがって、制御部におけ
る異常発生の有無（暴走している可能性がある）にかか
わらず、メインリレーが確実に遮断される。この結果、
上記過電圧基準値を超えるような出力電圧の上昇が確実
に抑制されて、過電圧保護機能の信頼性が高まる。な
お、リレー遮断部は、上記過電圧異常信号によって制御
されるスイッチング素子によって簡単に、かつ高い信頼
性を持って構成され得る。

【０００８】請求項２に記載のコンバータは、請求項１
に記載のコンバータにおいて、上記制御部は、上記過電
圧検出部が出力した過電圧異常信号に基づいて上記電圧
制御部の動作を停止させる過電圧処理部を有することを
特徴とする。

【０００９】この請求項２のコンバータでは、制御部
は、過電圧検出部が出力した過電圧異常信号に基づいて
上記電圧制御部の動作を停止させる過電圧処理部を有す
る。つまり、制御部は過電圧処理部によって過電圧異常
の発生を認識する。したがって、その認識に基づいて上
記電圧制御部の動作を停止させるだけでなく、外部への
過電圧異常が発生した旨の表示、後段のインバータの停
止などの処理が容易に行われる。なお、これらの処理
は、上記リレー遮断部によってメインリレーが遮断され
た状態で実行されるので、危険な破壊モードとはならな
い。

【００１０】請求項３に記載のコンバータは、請求項１
又は２に記載のコンバータにおいて、上記制御部は、上
記過電圧検出部が出力した過電圧異常信号に基づいて上
記メインリレーを遮断するためのリレー制御信号を出力
するリレー制御部を有することを特徴とする。

【００１１】この請求項３のコンバータでは、制御部の
内部でラッチ処理をして上記リレー制御信号を維持でき
るので、メインリレーの遮断状態を維持するために上記
リレー遮断部の出力をラッチする必要がない。よって、
上記リレー遮断部の回路構成が簡略化される。

【００１２】請求項４に記載のコンバータは、請求項
１、２又は３に記載のコンバータにおいて、上記リレー
遮断部は、上記メインリレーの遮断状態を維持するラッ
チ回路を備えたことを特徴とする。

【００１３】この請求項４のコンバータでは、制御部の
動作にかかわらず、メインリレーの遮断状態が上記リレ
ー遮断部のラッチ回路によって容易に維持される。

【００１４】請求項５に記載のコンバータは、請求項３
又は４に記載のコンバータにおいて、上記リレー遮断部
は、上記リレー制御信号によって制御される第１のスイ
ッチング素子と上記メインリレーの入力側との間に介挿
された第２のスイッチング素子を有することを特徴とす
る。

【００１５】この請求項５のコンバータでは、リレー遮
断部が簡単で安価に、かつ高い信頼性を持って構成され
る。

【００１６】請求項６に記載のコンバータは、請求項３
又は４に記載のコンバータにおいて、上記リレー遮断部
は、上記リレー制御信号によって制御されるスイッチン
グトランジスタのベースに接続されたダイオードを有す
ることを特徴とする。

【００１７】この請求項６のコンバータでは、リレー遮
断部が簡単でさらに安価に、かつ高い信頼性を持って構
成される。

【００１８】

【発明の実施の形態】以下、この発明を図示の実施の形
態により詳細に説明する。

【００１９】図１は、過電圧保護機能を有する一実施形
態のコンバータ１を例示している。このコンバータは、
商用電源（ＡＣ１００Ｖ又は２００Ｖ）２０からの入力
を整流する整流部４と、この整流部４の出力がパルス幅
変調されるようにスイッチングする電圧制御回路又は昇
圧回路（以下、単に「電圧制御回路」という。）５と、こ
の電圧制御回路５の出力電圧（Vo）を検出する電圧検出
回路６と、この電圧検出回路６が検出した電圧（Vo）を
帰還させて上記電圧制御回路５の出力電圧（Vo）を制御
する制御部２（詳しくはコンバータ制御系１１）とを備
えている。また、制御部２とは別に、過電圧検出回路８
と、リレー遮断回路９とが設けられている。これらの過
電圧検出回路８、リレー遮断回路９は、ソフトウエアに
依存することなく動作するトランジスタ、ダイオード、
抵抗、コンデンサ等の電子部品によって構成されてい
る。

【００２０】動作時には、商用電源２０と整流部４との
間に介挿されたメインリレー（電磁リレー）３が制御部
２のリレー制御系１３によって導通されて、上記電圧制
御回路５の出力電圧（Vo）が後段のインバータ又は負荷
７へ供給される。

【００２１】動作中に電圧検出回路６が検出した電圧
（Vo）が所定の過電圧基準値（Vex）に達したとき、過
電圧検出回路８は過電圧異常が発生した旨を表す過電圧
異常信号をリレー遮断回路９へ出力する。リレー遮断回
路９は、この過電圧検出部８が出力した過電圧異常信号
に基づいてメインリレー３を遮断する。

【００２２】このように、このコンバータ１では、制御
部２とは別に設けられた過電圧検出回路８が出力した過
電圧異常信号に基づいて、制御部２とは別に設けられた
リレー遮断回路９がメインリレー３を遮断する。したが
って、制御部２における異常発生の有無（暴走している
可能性がある）にかかわらず、メインリレー３が確実に
遮断される。この結果、上記過電圧基準値（Vex）を超
えるような出力電圧（Vo）の上昇を確実に抑制でき、過
電圧保護機能の信頼性を高めることができる。

【００２３】なお、リレー遮断回路９にタイマを設け
て、メインリレー３を遮断した後、一定時間経過後にメ
インリレー３を復帰して導通させるようにしても良い。
制御部２のコンバータ制御系１１における暴走等の異常
は、出力電圧（Vo）が一旦正常範囲に戻れば解消される
場合が多いからである。その場合、安全のため、メイン
リレー３の遮断回数をカウントするカウンタを設けて、
リレー遮断回路９が一定回数以上メインリレー３を遮断
したときメインリレー３の復帰を禁止するのが望まし
い。

【００２４】図２は上記コンバータ１の変形例１Ａを示
している。なお、簡単のため、図１中の構成要素と同じ
構成要素には同一の符号を付している。

【００２５】このコンバータ１Ａでは、制御部２Ａは、
過電圧検出回路８からの過電圧異常信号を受けたとき、
異常停止命令をコンバータ制御系１１へ出力して上記電
圧制御回路５の動作を停止させる過電圧処理系１２を有
している。つまり、制御部２は過電圧処理系１２によっ
て過電圧異常の発生を認識する。したがって、その認識
に基づいて上記電圧制御回路５の動作を停止させるだけ
でなく、外部への過電圧異常が発生した旨の表示、後段
のインバータ７の停止などの処理を容易に行うことがで
きる。なお、これらの処理は、上記リレー遮断回路９に
よってメインリレー３が遮断された状態で実行されるの
で、危険な破壊モードとはならない。分かるように、外
部への過電圧異常が発生した旨の表示、後段のインバー
タ７の停止などの処理を損なうことがない理由は、この
コンバータ１Ａが、図６に示すように示した従来のコン
バータ１０１に対してリレー遮断回路９を付加しただけ
の構成となっているからである。

【００２６】また、制御部２のリレー制御系１３は、過
電圧処理系１２の異常停止命令に基づいて上記メインリ
レー３を遮断するためのリレー制御信号を出力するよう
になっている。このリレー制御信号は制御部２の内部で
ラッチ処理をして維持できるので、メインリレー３の遮
断状態を維持するために上記リレー遮断回路９の出力を
ラッチする必要がない。よって、リレー遮断回路９の回
路構成を簡略化できる。

【００２７】図３は上記コンバータ１の別の変形例１Ｂ
を示している。なお、簡単のため、図１中の構成要素と
同じ構成要素には同一の符号を付している。

【００２８】このコンバータ１Ｂは、上記リレー遮断回
路９の出力を維持するためのラッチ回路１０を備えてい
る。この例ではリレー遮断回路９とラッチ回路１０とが
リレー遮断部を構成している。このコンバータ１Ｂで
は、制御部２の動作（暴走している可能性がある）にか
かわらず、ラッチ回路１０によって上記リレー遮断回路
９の出力を維持でき、メインリレー３の遮断状態を容易
に維持できる。この結果、過電圧保護機能の信頼性をさ
らに高めることができる。

【００２９】上述のリレー遮断回路９は、上記過電圧異
常信号によって制御されるスイッチング素子によって簡
単に、かつ高い信頼性を持って構成できる。その具体的
な回路を図４、図５に例示している。

【００３０】図４に示すリレー遮断回路９は、第１のス
イッチング素子としてのＮＰＮトランジスタＱ１のコレ
クタと上記メインリレー３の入力側コイル３ａの一方の
端子との間に介挿された第２のスイッチング素子として
のＮＰＮトランジスタＱ２を有している。トランジスタ
Ｑ１，Ｑ２は、それぞれベースに制御部２（詳しくはリ
レー制御系１３）が出力するリレー制御信号、過電圧検
出回路８が出力する過電圧異常信号を受けて制御される
ようになっている。なお、トランジスタＱ１，Ｑ２のベ
ースにつながる各制御ラインにはそれぞれ電流制限用抵
抗Ｒ１，Ｒ２が介挿されている。また、入力側コイル３
ａの他方の端子は電源（ＤＣ１２Ｖ）２１に接続され、
入力側コイル３ａの両端子間には逆流防止用ダイオード
Ｄ１が接続されている。

【００３１】通常の動作時には、制御部２が出力するリ
レー制御信号、過電圧検出回路８が出力する過電圧異常
信号がともに高レベル（Ｈ）にあり、この結果、トラン
ジスタＱ１，Ｑ２はともにオンしている。したがって、
電源２１からコイル３ａを通してグランドへ電流が流れ
て、上記メインリレー３が導通状態になっている。これ
に対して、過電圧異常の発生時には、過電圧検出回路８
が出力する過電圧異常信号が低レベル（Ｌ）になる。ま
た、制御部２が正常に動作している限り、制御部２が出
力するリレー制御信号も低レベル（Ｌ）になる。したが
って、トランジスタＱ１またはトランジスタＱ１および
Ｑ２がオフし、コイル３ａへの通電が停止されて、上記
メインリレー３が遮断状態となる。

【００３２】分かるように、このリレー遮断回路９は、
トランジスタＱ２と抵抗Ｒ２とのみからなるので、簡単
で安価に、かつ高い信頼性を持って構成できる。

【００３３】図５に示すスイッチングトランジスタであ
るＮＰＮトランジスタＱ１のベースに接続されたダイオ
ードＤ２からなっている。ダイオードＤ２のアノードは
トランジスタＱ１のベースに接続されており、ダイオー
ドＤ２のカソードには過電圧検出回路８が出力する過電
圧異常信号が印加されるようになっている。トランジス
タＱ１は、上の例と同様に、ベースに制御部２（詳しく
はリレー制御系１３）が出力するリレー制御信号を受け
て制御される。

【００３４】通常の動作時には、制御部２が出力するリ
レー制御信号、過電圧検出回路８が出力する過電圧異常
信号がともに高レベル（Ｈ）にあり、この結果、トラン
ジスタＱ１はオンしている。したがって、電源２１から
コイル３ａを通してグランドへ電流が流れて、上記メイ
ンリレー３が導通状態になっている。これに対して、過
電圧異常の発生時には、過電圧検出回路８が出力する過
電圧異常信号が低レベル（Ｌ）になる。したがって、制
御部２の動作が異常であってリレー制御信号が高レベル
（Ｈ）のままであっても、リレー制御信号（Ｈ）による
電荷がダイオードＤ２を通してグランドへ流れるので、
トランジスタＱ１がオフし、コイル３ａへの通常が停止
されて、上記メインリレーが遮断状態となる。また、制
御部２が正常に動作している場合は、制御部２が出力す
るリレー制御信号も低レベル（Ｌ）になる。したがっ
て、トランジスタＱ１がオフし、コイル３ａへの通電が
停止されて、上記メインリレー３が遮断状態となる。

【００３５】このリレー遮断回路９は、ダイオードＤ２
のみからなるので、簡単で、図４のものよりも安価に、
かつ高い信頼性を持って構成できる。

【００３６】

【発明の効果】以上より明らかなように、請求項１のコ
ンバータによれば、電流制御部の出力電圧が所定の過電
圧基準値に達したとき、制御部における異常発生の有無
（暴走している可能性がある）にかかわらず、メインリ
レーを確実に遮断できる。この結果、上記過電圧基準値
を超えるような出力電圧の上昇を確実に抑制でき、過電
圧保護機能の信頼性を高めることができる。

【００３７】請求項２のコンバータでは、制御部は過電
圧処理部によって過電圧異常の発生を認識するので、そ
の認識に基づいて上記電圧制御部の動作を停止させるだ
けでなく、外部への過電圧異常が発生した旨の表示、後
段のインバータの停止などの処理を容易に行うことがで
きる。

【００３８】請求項３のコンバータでは、制御部の内部
でラッチ処理をして上記リレー制御信号を維持できるの
で、メインリレーの遮断状態を維持するために上記リレ
ー遮断部の出力をラッチする必要がない。よって、上記
リレー遮断部の回路構成を簡略化できる。

【００３９】請求項４のコンバータでは、制御部の動作
にかかわらず、上記リレー遮断部のラッチ回路によっ
て、メインリレーの遮断状態を容易に維持できる。

【００４０】請求項５のコンバータでは、リレー遮断部
を簡単で比較的安価に、かつ高い信頼性を持って構成で
きる。

【００４１】請求項６のコンバータでは、リレー遮断部
を簡単でさらに安価に、かつ高い信頼性を持って構成で
きる。

【図面の簡単な説明】

【図１】 この発明の一実施形態のコンバータのブロッ
ク構成を示す図である。

【図２】 上記コンバータの変形例を示す図である。

【図３】 上記コンバータの別の変形例を示す図であ
る。

【図４】 上記コンバータのリレー遮断回路の具体的な
回路構成を例示する図である。

【図５】 上記コンバータのリレー遮断回路の具体的な
別の回路構成を例示する図である。

【図６】 従来のコンバータのブロック構成を示す図で
ある。

【符号の説明】

１，１Ａ，１Ｂ コンバータ ２ 制御部 ３ メインリレー ８ 過電圧検出回路 ９ リレー遮断回路 １０ ラッチ回路

Claims (6)

【特許請求の範囲】
1. 【請求項１】 商用電源（２０）からの入力を整流する
   整流部（４）と、この整流部（４）の出力がパルス幅変
   調されるようにスイッチングする電圧制御部（５）と、
   この電圧制御部（５）の出力電圧を検出する電圧検出部
   （６）と、この電圧検出部（６）が検出した電圧を帰還
   させて上記電圧制御部（５）の出力電圧を制御する制御
   部（２，２Ａ）を備えたコンバータ（１，１Ａ，１Ｂ）
   において、 上記商用電源（２０）と整流部（４）との間に介挿され
   たメインリレー（３）を備えるとともに、 上記制御部（２，２Ａ）とは別に、上記電圧検出部
   （６）が検出した電圧が所定の過電圧基準値に達したと
   き、過電圧異常が発生した旨を表す過電圧異常信号を出
   力する過電圧検出部（８）と、この過電圧検出部（８）
   が出力した過電圧異常信号に基づいて上記メインリレー
   （３）を遮断するリレー遮断部（９）とを備えたことを
   特徴とするコンバータ。
2. 【請求項２】 請求項１に記載のコンバータにおいて、 上記制御部（２Ａ）は、上記過電圧検出部（８）が出力
   した過電圧異常信号に基づいて上記電圧制御部（５）の
   動作を停止させる過電圧処理部（１１）を有することを
   特徴とするコンバータ。
3. 【請求項３】 請求項１又は２に記載のコンバータにお
   いて、 上記制御部（２，２Ａ）は、上記過電圧検出部（８）が
   出力した過電圧異常信号に基づいて上記メインリレー
   （３）を遮断するためのリレー制御信号を出力するリレ
   ー制御部（１３）を有することを特徴とするコンバー
   タ。
4. 【請求項４】 請求項１、２又は３に記載のコンバータ
   において、 上記リレー遮断部（９）は、上記メインリレー（３）の
   遮断状態を維持するラッチ回路（１０）を備えたことを
   特徴とするコンバータ。
5. 【請求項５】 請求項３又は４に記載のコンバータにお
   いて、 上記リレー遮断部（９）は、上記リレー制御信号によっ
   て制御される第１のスイッチング素子（Ｑ１）と上記メ
   インリレーの入力側（３ａ）との間に介挿された第２の
   スイッチング素子（Ｑ２）を有することを特徴とするコ
   ンバータ。
6. 【請求項６】 請求項３又は４に記載のコンバータにお
   いて、 上記リレー遮断部（９）は、上記リレー制御信号によっ
   て制御されるスイッチングトランジスタ（Ｑ１）のベー
   スに接続されたダイオード（Ｄ２）を有することを特徴
   とするコンバータ。