JP2008306812A

JP2008306812A - 突入電流対応非絶縁型昇圧回路

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Publication number: JP2008306812A
Application number: JP2007150350A
Authority: JP
Inventors: Katsushi Mitsui; 克司三井; Atsushi Shimizu; 敦清水
Original assignee: Power System Co Ltd
Current assignee: Power System Co Ltd
Priority date: 2007-06-06
Filing date: 2007-06-06
Publication date: 2008-12-18
Anticipated expiration: 2027-06-06
Also published as: JP4076572B1

Abstract

【課題】起動時低抵抗負荷に対し、スイッチング式昇圧回路を用いたキャパシタ電源から突入電流を制限しないで起動することにより起動しやすくすると共に、突入電流により昇圧スイッチが破壊されるのを防ぐ。
【解決手段】低抵抗で起動される負荷４に対し突入電流を流して起動する突入電流対応非絶縁型昇回路であって、直列リアクトルＬ１と昇圧スイッチＳＷ１を有する昇圧回路と、昇圧スイッチＳＷ１をＰＷＭ制御するＰＷＭ制御手段２と、昇圧回路の出力側に直列接続される電源スイッチＳＷ３と、負荷４の起動信号に基づき電源スイッチＳＷ３をオンにし該オンにした後に所定の条件によりＰＷＭ制御手段２をオンにする起動制御手段３とを備え、負荷４の起動信号に基づき電源スイッチＳＷ３をオンにして負荷４に突入電流を流し突入電流が減衰してからＰＷＭ制御手段２をオンにして昇圧する。
【選択図】図１

Description

本発明は、低抵抗で起動される負荷に対し突入電流を流して起動する突入電流対応非絶縁型昇回路に関する。

例えばモータや白熱球、ハロゲンヒータ等は、起動時の抵抗が低くほぼ短絡状態に近い起動時低抵抗負荷であり、起動時に大きな突入電流が流れる。そのためこのような起動時低抵抗負荷に給電する電源においては、大きな突入電流が流れるのを抑制する手段が設けられる（例えば、特許文献１参照）。
特許第３２８１８２２号公報

しかし、上記のような起動時低抵抗負荷の起動時に突入電流を制限すると、起動しにくくなり、起動に時間がかかるという問題がある。低温の環境になると、さらに起動特性が悪くなり起動しにくくなる。

キャパシタは、二次電池に比べて大電流を供給することができるので、負荷の起動時間や待機時間を短縮することができる。このようなキャパシタ電源にスイッチング式昇圧コンバータを用い、起動時低抵抗負荷に突入電流を制限することなく給電すると、起動時に大きな突入電流が流れるため、昇圧コンバータのスイッチング回路が破壊される。

本発明は、上記課題を解決するものであって、起動時低抵抗負荷に対し、スイッチング式昇圧回路を用いたキャパシタ電源から突入電流を制限しないで起動することにより起動しやすくすると共に、突入電流により昇圧スイッチが破壊されるのを防ぐことができるようにするものである。

そのために本発明は、低抵抗で起動される負荷に対し突入電流を流して起動する突入電流対応非絶縁型昇回路であって、直列リアクトルと昇圧スイッチを有する昇圧回路と、前記昇圧スイッチをＰＷＭ制御するＰＷＭ制御手段と、前記昇圧回路の出力側に直列接続される電源スイッチと、負荷の起動信号に基づき前記電源スイッチをオンにし該オンにした後に所定の条件により前記ＰＷＭ制御手段をオンにする起動制御手段とを備え、前記負荷の起動信号に基づき前記電源スイッチをオンにして前記負荷に突入電流を流し前記突入電流が減衰してからＰＷＭ制御手段をオンにして昇圧することを特徴とする。

起動制御手段は、前記所定の条件として、前記電源スイッチをオンにし一定時間経過後に前記ＰＷＭ制御手段をオンにすることを特徴とし、また、起動制御手段は、前記所定の条件として、前記負荷に突入電流が流れピークを過ぎて所定値まで電流が減衰したことを判定して前記ＰＷＭ制御手段をオンにすることを特徴とする。

本発明によれば、負荷の起動信号に基づき昇圧回路の出力側に直列接続される電源スイッチをオンにして負荷に突入電流を流し突入電流が減衰してからＰＷＭ制御手段をオンにして昇圧するので、負荷の起動時に突入電流を流し起動しやすくすることができると共に、突入電流により昇圧回路の昇圧スイッチが突入電流により破壊されるのを防ぐことができる。したがって、負荷の起動時間や待機時間を短縮することができる。

以下、本発明の実施の形態を図面を参照しつつ説明する。図１は本発明に係る突入電流対応非絶縁型昇圧回路の実施の形態を説明する図であり、１はキャパシタ電源、２はＰＷＭ制御部、３は起動制御部、４は負荷、Ｃ１、Ｃ２、Ｃ１１、Ｃ１２はコンデンサ、Ｌ１は直列リアクトル、ＰＤ１１、ＰＤ１２はフォトダイオード、ＰＴ１１、ＰＴ１２はフォトトランジスタ、Ｒ１１〜Ｒ１７は抵抗、ＳＷ１〜ＳＷ３はスイッチ素子、ＴＲ１１〜ＴＲ１３はトランジスタを示す。

図１（ａ）において、キャパシタ電源１は、充電電源により充電して負荷４の給電要求により放電するものであり、負荷４は、起動時の抵抗が低くほぼ短絡状態に近いモータや白熱球、ハロゲンヒータ等の起動時低抵抗負荷である。キャパシタ電源１と負荷４との間には、直列リアクトルＬ１、スイッチ素子ＳＷ２、ＳＷ３を直列接続し、直列リアクトルＬ１の出力端にスイッチ素子ＳＷ１を接続して、キャパシタ電源１と直列リアクトルＬ１との直列回路を短絡している。直列リアクトルＬ１とスイッチ素子ＳＷ１、ＳＷ２は、ＰＷＭ制御部２によりスイッチ素子ＳＷ１、ＳＷ２をオン−オフしてＰＷＭ（Ｐulse Ｗidth Ｍodulation ：パルス幅変調）制御し昇降圧する回路を構成するものである。スイッチ素子ＳＷ１は昇圧用のスイッチであり、キャパシタ電源１からトランス等を介することなく、直列リアクトルＬ１、スイッチ素子ＳＷ２、ＳＷ３を通して負荷４に給電する非絶縁型昇圧回路を構成している。スイッチ素子ＳＷ３は、負荷４を起動するときに投入する、所謂負荷４の電源投入スイッチである。スイッチ素子ＳＷ１〜ＳＷ３は、ＦＥＴ素子で示しているが、サイリスタ素子や接点であってもよい。直列リアクトルＬ１の入力側及びスイッチ素子ＳＷ２の出力側に接続されているコンデンサＣ１、Ｃ２は平滑用である。起動制御部３は、負荷４を起動する起動（オン）信号にしたがいスイッチ素子ＳＷ３のオン（ＳＷ３−ＯＮ）と、ＰＷＭ制御部２のオン（ＰＷＭ−ＯＮ）を制御するものであり、先にスイッチ素子ＳＷ３をオンにして負荷４に突入電流を流して負荷４を起動しやすくしてから、所定の条件でＰＷＭ制御部２をオンにする。

起動制御部３の具体的な回路構成例を示したのが図１（ｂ）である。図１（ｂ）において、負荷４を起動する起動（オン）信号は、抵抗Ｒ１１とコンデンサＣ１１との並列回路を通してＮＰＮのトランジスタＴＲ１１のベース−エミッタ回路に入力される。そして、トランジスタＴＲ１１のコレクタに抵抗Ｒ１２とフォトダイオードＰＤ１１が直列に接続され、フォトダイオードＰＤ１１とフォトカプラを構成するフォトトランジスタＰＴ１１からスイッチ素子ＳＷ３のオン（ＳＷ３−ＯＮ）信号が出力される。

また、抵抗Ｒ１２とフォトダイオードＰＤ１１との直列回路に並列に抵抗Ｒ１３とＲ１４との直列回路、抵抗Ｒ１３にＰＮＰのトランジスタＴＲ１２のエミッタ−ベース回路がそれぞれ接続される。さらに、トランジスタＴＲ１２のコレクタに抵抗Ｒ１５と抵抗Ｒ１６の直列回路が接続され、抵抗Ｒ１６と並列にコンデンサＣ１２、ＮＰＮのトランジスタＴＲ１３のベース−エミッタ回路が接続される。そして、そのトランジスタＴＲ１３のコレクタに抵抗Ｒ１７とフォトダイオードＰＤ１２が直列に接続され、フォトダイオードＰＤ１２とフォトカプラを構成するフォトトランジスタＰＴ１２からＰＷＭ制御部２のオン（ＰＷＭ−ＯＮ）信号が出力される。

この起動制御部３の回路により、負荷４を起動する起動（オン）信号が入力すると、トランジスタＴＲ１１がオンになって、フォトカプラのフォトダイオードＰＤ１１−フォトトランジスタＰＴ１１を介してスイッチ素子ＳＷ３をオンにする。トランジスタＴＲ１１がオンになると、トランジスタＴＲ１２もオンになってコンデンサＣ１２の電圧がトランジスタＴＲ１３をオンにする電圧に達するまでのタイムデレィをもった後、トランジスタＴＲ１３がオンになってフォトカプラのフォトダイオードＰＤ１２−フォトトランジスタＰＴ１２を介してＰＷＭ制御部２をオンにする。このように、スイッチ素子ＳＷ３をオンにしてから一定時間遅延させた後、ＰＷＭ制御部２をオンにするので、その間に負荷４に突入電流を流して、負荷４の起動時間を短縮することができる。また、突入電流が流れている間は、ＰＷＭ制御によるスイッチ素子ＳＷ１のオン−オフ動作は行わないようにして、突入電流が減衰してからスイッチ素子ＳＷ１のオン−オフ動作を行うので、昇圧用のスイッチ素子ＳＷ１が突入電流により破壊されるのを防ぐことができる。

図２は負荷の起動とＰＷＭ制御のタイミングを説明する図、図３は本発明に係る突入電流対応非絶縁型昇圧回路の他の実施の形態を説明する図、図４は図３に示す起動制御部の構成例を示す図、図５は図３に示す起動制御部の他の構成例を示す図である。図中、図１と同じ符号は図１と同じのものを示し、２１は信号立ち下がり検出回路、２２は信号立ち上がり検出回路、２３、２８、３０はラッチ回路、２４、２５はコンパレータ、２６はインバータ、２７、２９はアンド回路、ＰＤ２１、ＰＤ２２はフォトダイオード、ＰＴ２１、ＰＴ２２はフォトトランジスタ、Ｒ１は電流検出用抵抗、Ｒ２１〜Ｒ２４、Ｒ３１〜Ｒ３６は抵抗、ＴＲ２１〜ＴＲ２５はトランジスタ、Ｘ３１はシャントレギュレータを示す。

図１に示す実施形態では、遅延回路を使って負荷４に給電するスイッチ素子ＳＷ３のオンからＰＷＭ制御のオンまで、突入電流が減衰するまでの一定時間を遅延させるようにしたが、図２に示すように突入電流を検出して、突入電流を基準値Ｖ_sで判定してＰＷＭ制御のオンのタイミングを制御してもよい。この場合の突入電流が基準値Ｖ_sまで減衰するのを判定するためには、それより高い図２に示す基準値Ｖ_rにより基準値Ｖ_sの判定回路を有効にすることが必要になる。その実施形態を図３〜図５により説明する。

図３に示す実施形態では、電流検出用抵抗Ｒ１をキャパシタ電源１の出力に直列に挿入して接続し、起動制御部３は、起動（オン）によりスイッチ素子ＳＷ３をオンにした後、電流検出用抵抗Ｒ１により検出される電流に基づく突入電流が減衰したことを判定してＰＷＭ制御部２のオン（ＰＷＭ−ＯＮ）の制御を行う。そのための起動制御部３を、例えば図４、図５に示す。

図４において、信号立ち下がり検出回路２１は、起動（オン）の信号を入力してその立ち下がりを検出し、信号立ち上がり検出回路２２は、同じく起動（オン）の信号を入力してその立ち上がりを検出して、それぞれ検出した時点で検出パルスを出力する。ラッチ回路２３は、信号立ち上がり検出回路２２からの検出パルスによりラッチして、スイッチ素子ＳＷ３のオン（ＳＷ３−ＯＮ）信号を出力する。コンパレータ２４は、電流検出用抵抗Ｒ１により検出された電流の検出値Ｖ_Iと基準値Ｖ_rとを入力して比較し、電流の検出値Ｖ_Iが基準値Ｖ_rを越えると、それまでのＬからＨになる信号を出力するものである。コンパレータ２５は、電流検出用抵抗Ｒ１により検出された電流の検出値Ｖ_Iと基準値Ｖ_sとを入力して比較し、電流の検出値Ｖ_Iが基準値Ｖ_sを越えると、それまでのＬからＨになる信号を出力するものであり、インバータ２６は、コンパレータ２５の出力を反転させ、電流の検出値Ｖ_Iが基準値Ｖ_sまで減衰すると、コンパレータ２５のＬ信号を反転させたＨ信号を出力する。アンド回路２７は、ラッチ回路２３の出力とコンパレータ２４の出力とをアンド処理して、ラッチ回路２８にその結果をラッチする。アンド回路２９は、ラッチ回路２８の出力とコンパレータ２５の出力をインバータ２６で反転した出力とをアンド処理して、ラッチ回路３０にその結果をラッチしてＰＷＭ制御部２のオン（ＰＷＭ−ＯＮ）信号を出力する。ラッチ回路２３、２８、３０は、信号立ち下がり検出回路２１からの検出パルスによりクリアされる。

上記の回路によれば、図２に示すｔ０のタイミングでラッチ回路２３がラッチされてスイッチ素子ＳＷ３のオン（ＳＷ３−ＯＮ）信号が出力され、ｔ１のタイミングでラッチ回路２８がラッチされる。このラッチ回路２８がラッチされることにより、その後、突入電流が減衰するとｔ２のタイミングでアンド回路２９のアンド条件に成立し、ラッチ回路３０がラッチされてＰＷＭ制御部２のオン（ＰＷＭ−ＯＮ）信号が出力される。

図５に示す回路は、図１（ｂ）に示した遅延回路に代えて、突入電流が減衰したタイミングでフォトダイオードＰＤ１２とフォトカプラを構成するフォトトランジスタＰＴ１２からＰＷＭ制御部２のオン（ＰＷＭ−ＯＮ）信号を出力する回路を構成したものである。図５（ａ）において、抵抗Ｒ１２とフォトダイオードＰＤ１１との直列回路に並列にフォトトランジスタＰＴ２１、抵抗Ｒ２１、Ｒ２２、トランジスタＴＲ２１、ＴＲ２２からなる回路を接続し、電流の検出値Ｖ_Iが基準値Ｖ_rを越えるとトランジスタＴＲ２２をオンにする。この回路では、ＮＰＮのトランジスタＴＲ２２のコレクタ−ベースとＰＮＰのトランジスタＴＲ２１のベース−コレクタとを相互に接続して、電流の検出値Ｖ_Iが基準値Ｖ_rを越えるとオンするフォトトランジスタＰＴ２１によりトランジスタＴＲ２２をオンにするベース電流を供給する。

さらに、フォトトランジスタＰＴ２２、抵抗Ｒ２３〜Ｒ２４、トランジスタＴＲ２３〜ＴＲ２５からなる回路を接続し、電流の検出値Ｖ_Iが基準値Ｖ_sまで減衰すると、トランジスタＴＲ１３をオンにして、フォトカプラのフォトダイオードＰＤ１２−フォトトランジスタＰＴ１２を介してＰＷＭ制御部２のオン（ＰＷＭ−ＯＮ）信号を出力する。この回路では、トランジスタＴＲ２２のオンと共にオンするＮＰＮのトランジスタＴＲ２３のコレクタに抵抗Ｒ２３を通して、電流の検出値Ｖ_Iが基準値Ｖ_sを越えるとオンするフォトトランジスタＰＴ２２、ＰＮＰのトランジスタＴＲ２４のベース−エミッタ回路の並列回路を接続する。そして、トランジスタＴＲ１３にも、そのコレクタ−ベース回路とＰＮＰトランジスタのベース−コレクタ回路とを相互に接続すると共に、トランジスタＴＲ２４のコレクタ出力をトランジスタＴＲ１３のベースに接続して、トランジスタＴＲ２４によりトランジスタＴＲ１３をオンにするベース電流を供給する。

電流検出用抵抗Ｒ１により検出される電流の検出値Ｖ_Iと基準値Ｖ_r、Ｖ_sとを比較して基準値を越えた電流の検出を行う回路の構成例を示したのが図５（ｂ）である。図５（ｂ）に示す回路では、抵抗Ｒ３１とＲ３２との直列回路、抵抗Ｒ３４とＲ３５との直列回路に電流検出用抵抗Ｒ１により検出される電流の検出値Ｖ_Iを印加している。そして、抵抗Ｒ３１とＲ３２との直列接続点をＮＰＮのトランジスタＴＲ３１のベースに接続し、エミッタに基準値Ｖ_rの基準電圧源Ｒefを接続して、コレクタに抵抗Ｒ３３とフォトダイオードＰＤ２１を接続して、電流の検出値Ｖ_Iが基準値Ｖ_rを越えるとフォトダイオードＰＤ２１を介してフォトトランジスタＰＴ２１をオンにする。また、抵抗Ｒ３４とＲ３５との直列接続点を基準値Ｖ_sで動作するシャントレギュレータＸ３１のゲートに接続し、アノードに抵抗Ｒ３６とフォトダイオードＰＤ２２を接続して、電流の検出値Ｖ_Iが基準値Ｖ_sを越えるとフォトダイオードＰＤ２２を介してフォトトランジスタＰＴ２２をオンにする。これらの回路は、トランジスタを用いた構成でも、シャントレギュレータを用いた構成でも、他の構成でもよく、それぞれに同じ構成の回路が用いられるのが通常であり、例として異なる構成の回路を示したものである。

次に、図５に示す回路の動作を説明する。起動（オン）の信号を入力すると、まずトランジスタＴＲ１１がオンになり、フォトダイオードＰＤ１１を介してフォトトランジスタＰＴ１１をオンにすることにより、スイッチ素子ＳＷ３のオン（ＳＷ３−ＯＮ）信号が出力される。このとき、電流の検出値Ｖ_Iは、基準値Ｖ_r、Ｖ_sより小さく、フォトトランジスタＰＴ２１、ＰＴ２２はオフであるので、トランジスタＴＲ２１はオフである。したがって、他のトランジスタＴＲ２２〜ＴＲ２４、ＴＲ１３のいずれもがオフである。負荷４に突入電流が流れ、電流の検出値Ｖ_Iが大きくなり、初めに基準値Ｖ_sを越えると、フォトトランジスタＰＴ２２がオンになるが、トランジスタＴＲ２３がオフであるため、他のトランジスタＴＲ２４、ＴＲ１３もオフのままである。さらに電流の検出値Ｖ_Iが大きくなり、基準値Ｖ_rを越えると、フォトトランジスタＰＴ２１もオンになり、トランジスタＴＲ２２、ＴＲ２３がオンになって、トランジスタＴＲ２４もオンになる。このとき、トランジスタＴＲ２４は、フォトトランジスタＰＴ２２がオンであり、エミッタ−ベース回路が短絡されているため、オフの状態が保持される。

その後、突入電流がピークを過ぎて減衰を始め、電流の検出値Ｖ_Iが基準値Ｖ_rより小さくなりフォトトランジスタＰＴ２１がオフになっても、ベース−コレクタ回路が相互に接続されているトランジスタＴＲ２１とＴＲ２２はオンを保持し、トランジスタＴＲ２３もオンを保持する。つまり、トランジスタＴＲ２１、ＴＲ２２は、フォトトランジスタＰＴ２１のオンにより一端オンになると、その後は、フォトトランジスタＰＴ２１のオン／オフに関係なくオンの状態を保持するホールド回路である。

さらに電流の検出値Ｖ_Iが基準値Ｖ_sより小さくなりフォトトランジスタＰＴ２２がオフになると、トランジスタＴＲ２４がオンになるので、トランジスタＴＲ１３がオンになり、ＰＷＭ制御部２のオン（ＰＷＭ−ＯＮ）信号を出力する。トランジスタＴＲ１３のオンによりトランジスタＴＲ２５がオンになると、その後、トランジスタＴＲ１３とトランジスタＴＲ２５も、トランジスタＴＲ２４のオンにより一端オンになると、トランジスタＴＲ２４のオン／オフに関係なくオンの状態を保持するホールド回路である。このようにしてオンの状態が保持されている、トランジスタＴＲ２１〜ＴＲ２３からなるホールド回路、及びトランジスタＴＲ２５とＴＲ１３からなるホールド回路は、負荷４の停止モードにより起動（オン）の信号がＨからＬになり、トランジスタＴＲ１１がオフになるのと、リセットされる。

図６は本発明に係る突入電流対応非絶縁型昇圧回路の他の実施の形態を説明する図である。上記実施の形態では、負荷４の電源投入スイッチＳＷ３を昇圧回路の出力側の負荷４との間に挿入したが、図６に示すように昇圧回路の入力側のキャパシタ電源１と間に負荷４の電源投入スイッチＳＷ３′、ＳＷ３″を挿入してもよい。図１に示した実施の形態では、電源投入スイッチＳＷ３を非絶縁型の昇圧回路の出力側に接続しているので、キャパシタ電源１から昇圧回路に漏れ電流が流れるのを電源投入スイッチＳＷ３により阻止することはできない。しかし、図６に示す実施の形態によれば、電源投入スイッチＳＷ３′、ＳＷ３″を昇圧回路の入力側に接続しているので、昇圧回路に漏れ電流が流れないようにすることができる。図１に示した実施の形態の場合、電源投入スイッチＳＷ３は、電源投入時に負荷４の突入電流が流れるだけであるので、電流容量は、突入電流に対して設計を行えばよい。しかし、図６に示す実施の形態の場合には、昇圧回路の入力側で電源投入を行うので、電源投入時に、負荷４の突入電流が流れるだけでなく、コンデンサＣ１、Ｃ２にも突入電流が流れる。そのため、図６（ａ）に示す電源投入スイッチＳＷ３′としては、図１に示す電源投入スイッチＳＷ３よりも大きな電流容量のものが必要となる。また、電源投入スイッチＳＷ３′の電流容量を小さく抑えるには、図６（ｂ）に示すように電源投入スイッチＳＷ３′と並列に電流制限抵抗Ｒ３″が直列接続された電源投入スイッチＳＷ３″を接続して、まず、電流制限抵抗Ｒ３″が直列接続された電源投入スイッチＳＷ３″を電源投入後、時間差を持たせて電源投入スイッチＳＷ３′を投入する、電源投入スイッチＳＷ３′とＳＷ３″のタイミング制御を行うことが必要となる。したがって、図６に示す実施の形態は、図１に示す実施の形態より起動時間も長くなるが、図６に示す実施の形態により負荷４の突入電流を大きく制限しないで起動することにより、実質的にモータや白熱球、ハロゲンヒータ等の負荷４を起動しやすくすると共に、突入電流により昇圧スイッチが破壊されるのを防ぐことはできる。

なお、本発明は、上記実施の形態に限定されるものではなく、種々の変形が可能である。例えば上記実施の形態では、起動制御部として、トランジスタを用いて構成した回路で説明したが、細部は設計により適宜変更可能であることはいうまでもない。例えば図５に示す回路では、トランジスタＴＲ２１〜ＴＲ２３からなるホールド回路、トランジスタＴＲ２５とＴＲ１３からなるホールド回路を負荷４の停止モードによりリセットさせるようにしたが、トランジスタＴＲ２１〜ＴＲ２３からなるホールド回路は、トランジスタＴＲ２５とＴＲ１３からなるホールド回路によりリセットさせるようにしてもよい。また、抵抗Ｒ２３をトランジスタＴＲ２２のコレクタに接続してトランジスタＴＲ２３を省いてもよいし、トランジスタＴＲ２５と抵抗Ｒ２４を省いてもよい。トランジスタＴＲ２５と抵抗Ｒ２４を省き、ホールド回路をなくすと、基準値Ｖ_sを通常状態で負荷４に流れる電流の範囲内の検出値より大きく設定することにより、負荷４の通常の運転中は、フォトトランジスタＰＴ２２がオフになることはない。しかし、通常状態で基準値Ｖ_sを越える異常電流が流れた場合には、フォトトランジスタＰＴ２２がオフになって、トランジスタＴＲ１３をオフにして、ＰＷＭ制御をオフにすることができる。また、この信号は、異常報知信号とし、スイッチ素子ＳＷ３をオフにする信号として使うこともできる。

本発明に係る突入電流対応非絶縁型昇圧回路の実施の形態を説明する図。負荷の起動とＰＷＭ制御のタイミングを説明する図。本発明に係る突入電流対応非絶縁型昇圧回路の他の実施の形態を説明する図。図３に示す起動制御部の構成例を示す図。図３に示す起動制御部の他の構成例を示す図。本発明に係る突入電流対応非絶縁型昇圧回路の他の実施の形態を説明する図。

符号の説明

１…キャパシタ電源、２…ＰＷＭ制御部、３…起動制御部、４…負荷、Ｃ１、Ｃ２、Ｃ１１、Ｃ１２…コンデンサ、Ｌ１…直列リアクトル、ＰＤ１１、ＰＤ１２…フォトダイオード、ＰＴ１１、ＰＴ１２…フォトトランジスタ、Ｒ１１〜Ｒ１７…抵抗、ＳＷ１〜ＳＷ３…スイッチ素子、ＴＲ１１〜ＴＲ１３…トランジスタ

本発明は、低抵抗で起動される負荷に対し突入電流を流して起動する突入電流対応非絶縁型昇圧回路に関する。

そのために本発明は、低抵抗で起動される負荷に対し突入電流を流して起動する突入電流対応非絶縁型昇圧回路であって、キャパシタ電源と、前記キャパシタ電源に直列接続される直列リアクトルと該直列リアクトルの出力側に並列接続され前記キャパシタ電源と前記直列リアクトルとの直列回路を短絡する昇圧スイッチとを有し前記昇圧スイッチの端子間を出力とする昇圧回路と、前記昇圧回路の出力側に並列接続される平滑用のコンデンサと、前記昇圧スイッチをＰＷＭ制御するＰＷＭ制御手段と、前記昇圧回路の出力側に直列接続される電源スイッチと、負荷の起動信号に基づき前記電源スイッチをオンにし該オンにした後に所定の条件により前記ＰＷＭ制御手段をオンにする起動制御手段とを備え、前記負荷の起動信号に基づき前記電源スイッチをオンにして前記キャパシタ電源により前記直列リアクトルを通して充電されている前記コンデンサから前記負荷に突入電流を流し、前記起動制御手段により前記所定の条件として前記突入電流が減衰してからＰＷＭ制御手段をオンにし前記昇圧スイッチをオン−オフして昇圧することを特徴とする。

図１（ａ）において、キャパシタ電源１は、充電電源により充電して負荷４の給電要求により放電するものであり、負荷４は、起動時の抵抗が低くほぼ短絡状態に近いモータや白熱球、ハロゲンヒータ等の起動時低抵抗負荷である。キャパシタ電源１と負荷４との間には、直列リアクトルＬ１、スイッチ素子ＳＷ２、ＳＷ３を直列接続し、直列リアクトルＬ１の出力端にスイッチ素子ＳＷ１を接続して、キャパシタ電源１と直列リアクトルＬ１との直列回路を短絡している。直列リアクトルＬ１とスイッチ素子ＳＷ１、ＳＷ２は、ＰＷＭ制御部２によりスイッチ素子ＳＷ１、ＳＷ２をオン−オフしてＰＷＭ（Ｐulse Ｗidth Ｍodulation ：パルス幅変調）制御し昇降圧する回路を構成するものである。スイッチ素子ＳＷ１は昇圧用のスイッチであり、昇圧モードの時、ＰＷＭ制御によりオン−オフされキャパシタ電源１からトランス等を介することなく、直列リアクトルＬ１、スイッチ素子ＳＷ２、ＳＷ３を通して負荷４に給電する非絶縁型昇圧回路を構成している。スイッチ素子ＳＷ２は降圧用のスイッチであり、降圧モードの時、ＰＷＭ制御によりオン−オフされる。スイッチ素子ＳＷ３は、負荷４を起動するときに投入する、所謂負荷４の電源投入スイッチである。スイッチ素子ＳＷ１〜ＳＷ３は、ＦＥＴ素子で示しているが、サイリスタ素子や接点であってもよい。直列リアクトルＬ１の入力側及びスイッチ素子ＳＷ２の出力側に接続されているコンデンサＣ１、Ｃ２は平滑用である。起動制御部３は、負荷４を起動する起動（オン）信号にしたがいスイッチ素子ＳＷ３のオン（ＳＷ３−ＯＮ）と、ＰＷＭ制御部２のオン（ＰＷＭ−ＯＮ）を制御するものであり、先にスイッチ素子ＳＷ３をオンにしてキャパシタ電源１により直列リアクトルＬ１を通して充電されているコンデンサＣ２から負荷４に突入電流を流して負荷４を起動しやすくしてから、所定の条件でＰＷＭ制御部２をオンにする。

そのために本発明は、低抵抗で起動される負荷に対し突入電流を流して起動する突入電流対応非絶縁型昇圧回路であって、キャパシタ電源と、前記キャパシタ電源に直列接続される直列リアクトルと該直列リアクトルの出力側に並列接続され前記キャパシタ電源と前記直列リアクトルとの直列回路を短絡する昇圧スイッチとを有し前記昇圧スイッチの端子間を出力とする昇圧回路と、前記昇圧回路の出力側に並列接続される平滑用のコンデンサと、前記昇圧スイッチをＰＷＭ制御するＰＷＭ制御手段と、前記昇圧回路の出力側に前記負荷と直列接続される電源投入スイッチと、前記負荷の起動信号に基づき前記電源投入スイッチをオンにし該オンにした後に所定の条件により前記ＰＷＭ制御手段をオンにする起動制御手段とを備え、前記負荷の起動信号に基づき前記電源投入スイッチをオンにして前記キャパシタ電源により前記直列リアクトルを通して充電されている前記コンデンサから前記負荷に突入電流を流し、前記起動制御手段により前記所定の条件として前記突入電流が減衰してからＰＷＭ制御手段をオンにし前記昇圧スイッチをオン−オフして昇圧することを特徴とする。

前記起動制御手段は、前記所定の条件として、前記電源投入スイッチをオンにし一定時間経過後に前記ＰＷＭ制御手段をオンにすることを特徴とし、また、前記起動制御手段は、前記所定の条件として、前記負荷に突入電流が流れピークを過ぎて所定値まで電流が減衰したことを判定して前記ＰＷＭ制御手段をオンにすることを特徴とする。

そのために本発明は、低抵抗で起動される負荷に対し突入電流を流して起動する突入電流対応非絶縁型昇圧回路であって、キャパシタ電源と、前記キャパシタ電源と出力端との間に直列リアクトルと直列スイッチとを直列接続し前記直列リアクトルの出力側に前記キャパシタ電源と前記直列リアクトルとの直列回路を短絡する昇圧スイッチを並列接続した昇圧回路と、前記昇圧回路の出力端に並列接続される平滑用のコンデンサと、前記昇圧スイッチと前記直列スイッチをＰＷＭ制御するＰＷＭ制御手段と、前記昇圧回路の出力端と負荷との間に直列接続される電源投入スイッチと、負荷の起動信号に基づき前記電源投入スイッチをオンにし該オンにした後に所定の条件により前記ＰＷＭ制御手段をオンにする起動制御手段とを備え、前記負荷の起動信号に基づき前記電源投入スイッチをオンにして前記キャパシタ電源により前記直列リアクトルを通して充電されている前記コンデンサから前記負荷に突入電流を流し、前記起動制御手段により前記所定の条件として前記突入電流が減衰してからＰＷＭ制御手段をオンにし前記昇圧スイッチと前記直列スイッチをＰＷＭ制御して昇圧することを特徴とする。

Claims

低抵抗で起動される負荷に対し突入電流を流して起動する突入電流対応非絶縁型昇回路であって、
直列リアクトルと昇圧スイッチを有する昇圧回路と、
前記昇圧スイッチをＰＷＭ制御するＰＷＭ制御手段と、
前記昇圧回路の出力側に直列接続される電源スイッチと、
負荷の起動信号に基づき前記電源スイッチをオンにし該オンにした後に所定の条件により前記ＰＷＭ制御手段をオンにする起動制御手段と
を備え、前記負荷の起動信号に基づき前記電源スイッチをオンにして前記負荷に突入電流を流し前記突入電流が減衰してからＰＷＭ制御手段をオンにして昇圧することを特徴とする突入電流対応非絶縁型昇回路。
起動制御手段は、前記所定の条件として、前記電源スイッチをオンにし一定時間経過後に前記ＰＷＭ制御手段をオンにすることを特徴とする請求項１記載の突入電流対応非絶縁型昇回路。
起動制御手段は、前記所定の条件として、前記負荷に突入電流が流れピークを過ぎて所定値まで電流が減衰したことを判定して前記ＰＷＭ制御手段をオンにすることを特徴とする請求項１記載の突入電流対応非絶縁型昇回路。