JP2005323453A

JP2005323453A - 突入電流防止回路

Info

Publication number: JP2005323453A
Application number: JP2004139720A
Authority: JP
Inventors: Nobuhisa Nagano; 信久長野
Original assignee: Harison Toshiba Lighting Corp
Current assignee: Toshiba Lighting and Technology Corp
Priority date: 2004-05-10
Filing date: 2004-05-10
Publication date: 2005-11-17

Abstract

【課題】瞬断や短時間のスイッチングによっても突入電流が流れることを防止し、かつ電力損失を少なくする。
【解決手段】入力スイッチＳＷ１がオンしたあと、交流電源ＰＳから供給される交流電流を整流するダイオードブリッジＢＤに、その出力電圧を略直流の電圧に平滑する平滑コンデンサＣと平滑された電圧を入力し、電圧および電流を調節して出力するスイッチング電源１が接続されている。入力スイッチＳＷ１とスイッチング電源１との間には、平滑コンデンサＣへの電流を抑制する制限抵抗Ｒ１が配置されており、制限抵抗Ｒ１には、並列にスイッチング電源１の動作により制御されるリレーＡが配置され、さらに、スイッチング電源１の入力側に設けられた入力検出部３に制御されるとともに、リレーＡの動作を制御するフォトカプラＢが配置されている。
【選択図】図１

Description

本発明は、突入電流防止回路に関するものである。

従来は、電源への入力電圧を制限する制限抵抗と、スイッチ部を介して、電源の入力側に電圧検知手段が接続された突入電流防止回路に、電源とは別にスイッチ部をオン／オフさせる制御手段が備えられている。（たとえば、特許文献１）
特開平１０−１４３２５９号公報（第３、４頁、図１、２）

上記特許文献１の突入電流防止回路は、入力のスイッチをオフ時は、すばやくオフするように制御を行う制御手段を設けることにより、入力電圧スイッチを瞬断しても、突入電流が流れることを防止している。しかし、入力のスイッチをオフした後、わずかな時間だが電圧検知手段を制御する制御手段のスイッチがオンの状態があり、この間に入力のスイッチをオンした場合には、突入電流を防止することはできない。

また、制御手段は、所望の遅延時間を経て、スイッチ部をオンさせるために、電源の入力側に駆動回路として設けられており、この回路では電力を消耗し、省電力ではない。

本発明の目的は、瞬断や短時間のスイッチングによっても突入電流が流れることを防止し、かつ電力損失の少ない突入電流防止回路を提供することである。

上記目的を達成するために、本発明の突入電流防止回路は、入力スイッチと、前記入力スイッチがオンしたあと、交流電源から供給される交流電流を整流する整流器と、前記整流器からの出力電圧をコンデンサで平滑し、平滑された電圧を高速にオン、オフしてパルス変換し、該パルスを平滑して安定した直流電圧および電流を出力するスイッチング電源と、前記入力スイッチと前記スイッチング電源との間に配置され、前記コンデンサへの電流を抑制する抵抗素子と、前記抵抗素子に対して並列に配置され、前記スイッチング電源の動作により制御される第１のスイッチング手段と、前記スイッチング電源の入力側に設けられた入力検出部に制御されるとともに、前記第１のスイッチング手段の動作を制御する第２のスイッチング手段とを具備することを特徴とする。

本発明によれば、瞬断や短時間のスイッチングによっても突入電流が流れることを防止し、かつ電力損失を少なくすることができる。

（第１の実施の形態）
以下に、本発明の実施の形態の突入電流防止回路について図面を参照して説明する。
図１は、本発明の第１の実施の形態である突入電流防止回路の回路図である。

例えば、商用の交流電源ＰＳは、入力スイッチＳＷ１、突入電流を制限するための制限抵抗Ｒ１を介して、ダイオードブリッジＤＢに接続されている。さらに、ダイオードブリッジＤＢは、並列に配置された平滑コンデンサＣを介してスイッチング電源１に接続されており、その出力側には、負荷２が接続されている。ここで、平滑コンデンサＣは、スイッチング電源１の内部に含まれていてもよい。

制限抵抗Ｒ１には、並列にリレースイッチＳＷ２が接続され、スイッチング電源１の出力側には、スイッチング電源１および負荷２に対して、並列にリレースイッチＳＷ２とリレーＡを構成するリレーコイルＬが接続されている。リレーＡは、第１のスイッチング手段であり、リレーコイルＬに電流が流れると、リレースイッチＳＷ２をオン状態にする。

また、スイッチング電源１の出力側には、負荷２に対して並列、かつリレーコイルＬと直列に、フォトトランジスタＰＴＲとリレーを駆動させるための駆動回路３が接続されており、駆動回路３には、主にＯＰアンプ等の増幅素子が配置されている。そして、フォトトランジスタＰＴＲとフォトカプラＢを構成するフォトダイオードＰＤは、入力スイッチＳＷ１と制限抵抗Ｒ１との間、かつダイオードブリッジＤＢに対して並列に接続された入力検出部３内に配置されている。ここで、フォトカプラＢは、第２のスイッチング手段であり、フォトダイオードＦＤに電流が流れると、フォトトランジスタＦＴＲをオン状態にする。

入力検出部３は、電流の進行方向に対して、それぞれ順方向に整流ダイオードＤ１、Ｄ２が配置され、それらの整流ダイオードＤ１、Ｄ２のカソード側には、一方向のみしか電流が流れないように制限抵抗Ｒ２が配置されている。フォトダイオードＰＤは、制限抵抗Ｒ２と直列に接続されており、他端はアース電位となっている。

回路の動作を、図２を参照して説明する。図２は、図１の突入電流防止回路の回路動作について説明するためのタイムチャート図である。

まず、入力スイッチＳＷ１をａの位置でオンすると、入力スイッチＳＷ１と電源ＰＳとの間に、交流の入力電圧Ｖ_ｉｎが印加され、同時に入力電流Ｉ_ｉｎが流れる。入力電流Ｉ_ｉｎは、制限抵抗Ｒ１方向と入力検出部３方向とに分流される。制限抵抗Ｒ１方向に流れた電流は、制限抵抗Ｒ１を通り、ダイオードブリッジＤＢで、出力波形が全波整流される。

入力検出部３方向に流れた電流は、整流ダイオードＤ１、Ｄ２によって全波整流され、制限抵抗Ｒ２を通って、フォトダイオードＰＤに流れ、フォトダイオードＦＤが点灯する。そして、フォトカプラＢの作用により、スイッチング電源１の出力側に配置されたフォトトランジスタＰＴＲがオン状態となる。このフォトトランジスタＰＴＲがオンになる時間は、入力スイッチＳＷ１をオンにしたときとほぼ同じａの時間である。ここで、この入力検出部３は、駆動回路として使用しているわけではないので、この部分での電力損失は低いものとなる。

ダイオードブリッジＤＢで整流された後は、平滑コンデンサＣに流れ込み、平滑コンデンサＣを充電する。ここで、入力スイッチＳＷ１をオンにした直後は、入力電流Ｉ_ｉｎには突入電流と呼ばれる定常時よりも大きい電流が流れる期間があるが、この期間は制限抵抗Ｒ１を通って、平滑コンデンサＣに流れているため、電流が制限され、平滑コンデンサＣの破壊を防止している。

平滑コンデンサＣが十分に充電されると、スイッチング電源１に流れるようになる。スイッチング電源１には、図示していないが、トランスやスイッチング素子等が設けられており、スイッチング素子を高速にオン、オフしてパルス変換し、そのパルスを平滑することで、電圧、および電流を所望の値に調節する。その後、スイッチング電源１の出力側では、ほぼ直流の出力電圧Ｖ_ｏｕｔが、負荷２に印加される。負荷２に印加される出力電圧Ｖ_ｏｕｔのタイミングは、ａよりも遅れたｂとなるが、これは平滑コンデンサＣの充電時間やスイッチング電源１の動作時間だけ遅れたためであり、この遅れ時間は、１００μｓ程度である。

また、負荷２に対して並列に配置されているフォトトランジスタＰＴＲは、すでにａのときにオン状態であるので、駆動回路３が動作しており、リレーコイルＬに電流が流れ、ｂとほぼ同じ時間にリレースイッチＳＷ２をオンさせる。そのため、ｂ以降、スイッチング電源１の入力側では、制限抵抗Ｒ１を通らず、オン状態のリレースイッチＳＷ２を通ることになり、損失を抑えることができる。

以上のように、入力スイッチＳＷ１をオンにすると、平滑コンデンサＣに充電完了後、スイッチング電源１が動作する。そして、リレーコイルＬに電流が流れ、ＳＷ２がオンする。したがって、意図的に時間を遅延させることなく、入力スイッチＳＷ１がオン直後の突入電流を防止しつつ、突入電流が流れなくなった後は、リレースイッチＳＷ２に電流の経路を変えることができる。

次に、入力スイッチＳＷ１がｃの位置でオフすると、入力電圧Ｖ_ｉｎおよび入力電流Ｉ_ｉｎは０になる。このため、回路の大部分は無動作状態になるが、スイッチング電源１の出力側は、トランス等に蓄積されたエネルギー分だけ、出力電圧Ｖ_ｏｕｔが印加された状態が続く。したがって、ｃの位置から少し遅れたｄの位置のときに、スイッチング電源１の出力側が無動作状態となる。

すなわち、通常であれば、入力スイッチＳＷ１がオフした後も、リレーコイルＬおよびフォトトランジスタＰＴＲに電流が流れる状態だが、本実施の形態では、それとほぼ同時にフォトトランジスタＰＴＲがオフの状態となっており、駆動回路３が動作しておらず、リレーコイルＬに、電流が流れることはない。したがって、入力スイッチＳＷ１のオフとほぼ同時にリレースイッチＳＷ２をオフ状態に保つことができ、入力スイッチＳＷ１を瞬断しても、回路は正常に動作させることができる。

そして、これ以降は同じようにａ〜ｄを繰り返す。

この実施の形態では、入力スイッチＳＷ１のオフとほぼ同時に、リレースイッチＳＷ２がオフするため、回路が動作中、入力スイッチＳＷ１が瞬断しても、平滑コンデンサＣに突入電流が流れることを防止することができる。

また、スイッチング電源の入力側にスイッチング時間を遅延させるため等の駆動回路を使用しないため、消費電力を少なくすることができる。

（第２の実施の形態）
図３は、本発明の第２の実施の形態の突入電流防止回路の回路図であり、この第２の実施の形態の各部について、第１の実施の形態の放電ランプ装置の各部と同一部分は同一符号で示し、その説明を省略する。

第２の実施の形態では、リレーＡの代わりに、双方向性のスイッチング素子であるトライアックＴＲＩを使用し、トライアックＴＲＩのゲートには、スイッチング電源１の出力側から電流を入力するようにし、その途中にフォトカプラＢのフォトトランジスタＰＴＲおよびトライアックを駆動させるための駆動回路３を配置している。

この実施の形態では、機械的なスイッチング手段であるリレーＡよりも、トライアックＴＲＩの方がスイッチングの時間が早いため、スイッチング電源１が動作後、すぐに電流の流れを制限抵抗Ｒ１からオンしたトライアックＴＲＩに切り替えることができ、損失の低減ができる。

（第３の実施の形態）
図４は、本発明の第３の実施の形態の突入電流防止回路の回路図であり、この第３の実施の形態の各部について、第１の実施の形態の放電ランプ装置の各部と同一部分は同一符号で示し、その説明を省略する。

第３の実施の形態では、制限抵抗Ｒ１に対して並列にサイリスタＴＨＹを配置し、それらの配置位置を、ダイオードブリッジＤＢとスイッチング電源１との間、かつ制限抵抗Ｒ１が平滑コンデンサＣへの電流を制限できる直流回路部分に配置している。

この実施の形態では、制限抵抗Ｒ１と並列に配置するスイッチ手段には、双方向性が必要でないため、第２の実施の形態と比較して、安価にすることができる。

なお、第１および第３の実施の形態では、制限抵抗Ｒ１と並列に配置するスイッチ手段として、サイリスタ、トランジスタ等のスイッチング素子やリレーを使用することができる。

本発明の突入電流防止回路の第１の実施の形態について説明するための回路図。図１の突入電流防止回路の回路動作について説明するためのタイムチャート図。本発明の突入電流防止回路の第２の実施の形態について説明するための回路図。本発明の突入電流防止回路の第３の実施の形態について説明するための回路図。

符号の説明

ＰＳ交流電源
ＳＷ１入力スイッチ
ＤＢダイオードブリッジ
Ｃ平滑コンデンサ
１スイッチング電源
Ｒ１制限抵抗
２負荷
Ａリレー
Ｌリレーコイル
ＳＷ２リレースイッチ
３入力検出部
Ｂフォトカプラ
ＰＤフォトダイオード
ＰＴＲフォトトランジスタ

Claims

入力スイッチと、
前記入力スイッチがオンしたあと、交流電源から供給される交流電流を整流する整流器と、
前記整流器からの出力電圧をコンデンサで平滑し、平滑された電圧を高速にオン、オフしてパルス変換し、該パルスを平滑して安定した直流電圧および電流を出力するスイッチング電源と、
前記入力スイッチと前記スイッチング電源との間に配置され、前記コンデンサへの電流を抑制する抵抗素子と、
前記抵抗素子に対して並列に配置され、前記スイッチング電源の動作により制御される第１のスイッチング手段と、
前記スイッチング電源の入力側に設けられた入力検出部に制御されるとともに、前記第１のスイッチング手段の動作を制御する第２のスイッチング手段と
を具備することを特徴とする突入電流防止回路。
入力スイッチがオン直後、交流電源から供給される電流を、抵抗素子を介してコンデンサに入力し、その後スイッチング電源に入力して、電圧を高速にオン、オフ制御してパルス変換し、該パルスを平滑して安定した直流電圧を得る突入電流防止回路において、
前記スイッチング電源からの出力電圧の出力時に、前記抵抗素子に対して並列に配置されたスイッチ部をオンし、
入力スイッチをオフ時は、前記交流電源からの出力を検出して、前記スイッチ部をオフすることを特徴とする突入電流防止回路。