JP2012182867A

JP2012182867A - Power supply unit

Info

Publication number: JP2012182867A
Application number: JP2011042272A
Authority: JP
Inventors: Kota Kitamine; 康多北峯
Original assignee: Denso Corp
Current assignee: Denso Corp
Priority date: 2011-02-28
Filing date: 2011-02-28
Publication date: 2012-09-20
Anticipated expiration: 2031-02-28
Also published as: JP5585493B2

Abstract

PROBLEM TO BE SOLVED: To provide a power supply unit capable of achieving miniaturization and long life of a discharging switch for a capacitor.SOLUTION: A power supply unit 1 includes a boosting section 3, a capacitor 4, a series body 5, a first switch 6, and a second switch 7. The boosting section 3 is comprised of a chalk coil 30 and a switching element 31. The series body 5 is comprised of a first diode 50, a resistor 51 and a second diode 52. At power shutdown of a DC load 2, the switching element 31 is turned off and the second switch 7 is turned on. Then, by switching the switching element 31 from OFF to ON, the capacitor 4 is discharged. A discharging current Id of the capacitor 4 runs through the first switch 6, the resistor 51, the second switch 7 and the switching element 31.

Description

本発明は、コンデンサに突入電流が流れることを防止する機能と、コンデンサに蓄えられた電荷を放電する機能とを備えた電源装置に関する。 The present invention relates to a power supply device having a function of preventing an inrush current from flowing through a capacitor and a function of discharging electric charge stored in the capacitor.

従来から、図１２に示すごとく、インバータ等の直流負荷９１と、電源９２との間に設けられた電源装置９０が知られている（下記特許文献１、２参照）。電源装置９０は、直流負荷９１の電源投入時において、コンデンサＣに突入電流が流れることを防止する機能と、直流負荷９１の電源遮断時において、コンデンサＣを放電させる機能とを備える。 Conventionally, as shown in FIG. 12, a power supply device 90 provided between a DC load 91 such as an inverter and a power supply 92 is known (see Patent Documents 1 and 2 below). The power supply device 90 has a function of preventing an inrush current from flowing through the capacitor C when the DC load 91 is turned on, and a function of discharging the capacitor C when the DC load 91 is powered off.

電源装置９０は、電源９２から供給される交流電力を、整流回路９７を使って整流し、コンデンサＣによって平滑化することにより、直流電力に変換している。また、直流負荷９１（インバータ）は、複数個のスイッチング素子９１０を備える。このスイッチング素子９１０をスイッチング動作させることにより、直流電力を交流電力に変換し、交流負荷９９（三相交流モータ）を駆動させている。 The power supply device 90 rectifies the AC power supplied from the power source 92 using the rectifier circuit 97 and smoothes it with the capacitor C, thereby converting it into DC power. The DC load 91 (inverter) includes a plurality of switching elements 910. By switching the switching element 910, the DC power is converted into AC power, and the AC load 99 (three-phase AC motor) is driven.

電源装置９０は、第１ダイオード９４と、第２ダイオード９５と、抵抗Ｒと、第１スイッチ９３と、第２スイッチ９６とを備える。抵抗Ｒと第２ダイオード９５は直列接続され、直列接続体９５０を構成している。第１スイッチ９３と、第１ダイオード９４と、直列接続体９５０とは、直流負荷９１の正側電源ライン９１１に、互いに並列になるよう接続されている。また、抵抗Ｒと第２ダイオード９５との接続点９６０と、負側電源ライン９１２との間に、第２スイッチ９６が設けられている。 The power supply device 90 includes a first diode 94, a second diode 95, a resistor R, a first switch 93, and a second switch 96. The resistor R and the second diode 95 are connected in series to form a series connection body 950. The first switch 93, the first diode 94, and the series connection body 950 are connected to the positive power supply line 911 of the DC load 91 so as to be parallel to each other. A second switch 96 is provided between the connection point 960 between the resistor R and the second diode 95 and the negative power supply line 912.

直流負荷９１に電源を投入する際には、リレー９２０をオンにし、電源９２から充電電流Ｉｃを流して、コンデンサＣを予め充電しておく。この際、第１スイッチ９３と第２スイッチ９６とをオフにし、抵抗Ｒと第２ダイオード９５とを介して充電電流Ｉｃを流す。このようにすると、充電電流Ｉｃは、抵抗Ｒを介して流れるため、小電流となる。これにより、コンデンサＣに突入電流が流れることを防止し、リレー９２０等が溶着する不具合を防止している。 When power is supplied to the DC load 91, the relay 920 is turned on, the charging current Ic is supplied from the power source 92, and the capacitor C is charged in advance. At this time, the first switch 93 and the second switch 96 are turned off, and the charging current Ic flows through the resistor R and the second diode 95. If it does in this way, since charging current Ic flows through resistance R, it becomes a small current. This prevents the inrush current from flowing through the capacitor C and prevents the relay 920 and the like from being welded.

また、コンデンサＣが充電された後は、第１スイッチ９３をオンにし、第１スイッチ９３を介して駆動電流Ｉｏを直流負荷９１に供給する。 Further, after the capacitor C is charged, the first switch 93 is turned on, and the drive current Io is supplied to the DC load 91 via the first switch 93.

直流負荷９１の稼動を停止する際には、まずリレー９２０をオフにする。その後、第２スイッチ９６をオンにして、コンデンサＣを放電する。この際、コンデンサＣに蓄えられた電荷が放電電流Ｉｄとなり、第１ダイオード９４、抵抗Ｒ、第２スイッチ９６を通って流れる。このように、直流負荷９１の稼動を停止した後、速やかにコンデンサＣを放電させることにより、感電事故を防止している。 When the operation of the DC load 91 is stopped, the relay 920 is first turned off. Thereafter, the second switch 96 is turned on to discharge the capacitor C. At this time, the electric charge stored in the capacitor C becomes the discharge current Id and flows through the first diode 94, the resistor R, and the second switch 96. In this way, after the operation of the DC load 91 is stopped, the capacitor C is discharged quickly, thereby preventing an electric shock accident.

特許第３５７２９１５号公報Japanese Patent No. 3572915 特開平２−８４０６９号公報JP-A-2-84069

しかしながら、従来の電源装置９０は、コンデンサＣの高電圧が第２スイッチ９６に加わった状態で、第２スイッチ９６をオフからオンに切り替えるため、第２スイッチ９６の接点が溶着しやすいという問題があった。第２スイッチ９６として、大きな接点を有するリレーを用いれば、溶着を防止できるが、このようにすると、電源装置９０が大型化したり、製造コストが上昇しやすくなる。 However, since the conventional power supply device 90 switches the second switch 96 from OFF to ON in a state where the high voltage of the capacitor C is applied to the second switch 96, there is a problem that the contact of the second switch 96 is easily welded. there were. If a relay having a large contact is used as the second switch 96, welding can be prevented. However, in this case, the power supply device 90 is increased in size and the manufacturing cost is likely to increase.

本発明は、かかる問題点に鑑みてなされたもので、コンデンサの放電用のスイッチを小型化かつ長寿命化できる電源装置を提供しようとするものである。 The present invention has been made in view of such problems, and an object of the present invention is to provide a power supply apparatus that can reduce the size and extend the life of a capacitor discharge switch.

本発明は、直流負荷に直列接続されたチョークコイルと、上記直流負荷に並列接続されたスイッチング素子とからなり、上記直流負荷の電源の電圧を昇圧する昇圧部と、
上記直流負荷に並列接続されたコンデンサと、
上記チョークコイルと上記スイッチング素子との接続点と、上記コンデンサとの間に設けられ、上記チョークコイル側から第１ダイオードと抵抗と第２ダイオードとを直列に接続してなる直列体と、
上記抵抗および上記第２ダイオードに並列接続された第１スイッチと、
上記第１ダイオードおよび上記抵抗に並列接続された第２スイッチとを備え、
上記第１ダイオードと上記第２ダイオードとは、上記電源から上記コンデンサを充電する方向に流れる充電電流に対して、それぞれ順方向となるように接続されており、
上記直流負荷の電源投入時には、上記第１スイッチ及び上記第２スイッチをオフにし、上記電源から上記充電電流を、上記直列体を通して流すことにより、上記コンデンサを充電し、
上記直流負荷の電源遮断時には、上記スイッチング素子をオフにし、かつ上記第２スイッチをオンにした状態で、上記スイッチング素子をオフからオンに切り替えることにより、上記コンデンサを放電し、
該コンデンサの放電電流が、少なくとも上記抵抗と、上記第２スイッチと、上記スイッチング素子とを流れるよう構成されていることを特徴とする電源装置にある（請求項１）。 The present invention comprises a choke coil connected in series to a DC load and a switching element connected in parallel to the DC load, and a boosting unit that boosts the voltage of the power source of the DC load;
A capacitor connected in parallel to the DC load;
A series body provided between a connection point of the choke coil and the switching element and the capacitor, and a first diode, a resistor, and a second diode connected in series from the choke coil side;
A first switch connected in parallel to the resistor and the second diode;
A second switch connected in parallel to the first diode and the resistor;
The first diode and the second diode are connected to each other in a forward direction with respect to a charging current flowing in the direction of charging the capacitor from the power source,
When the DC load is turned on, the first switch and the second switch are turned off, and the capacitor is charged by flowing the charging current from the power source through the series body,
When the DC load is turned off, the capacitor is discharged by switching the switching element from off to on with the switching element off and the second switch on.
The power supply device is configured such that a discharge current of the capacitor flows through at least the resistor, the second switch, and the switching element.

上記電源装置は、上記スイッチング素子をオフにし、かつ上記第２スイッチをオンにした状態で、スイッチング素子をオフからオンに切り替えることにより、コンデンサを放電するよう構成されている。このようにすると、第２スイッチをオンにする際には、スイッチング素子がオフになっているため、第２スイッチにはコンデンサの高電圧が加わらない。そのため、第２スイッチをオンした際に、接点が溶着する不具合を防止できる。これにより、第２スイッチを長寿命化することが可能となる。また、第２スイッチとして小型のリレー等を用いても、溶着を防止できるため、電源装置の小型化や低コスト化を達成することができる。 The power supply device is configured to discharge the capacitor by switching the switching element from off to on in a state where the switching element is turned off and the second switch is turned on. In this case, when the second switch is turned on, the switching element is turned off, so that the high voltage of the capacitor is not applied to the second switch. Therefore, when the second switch is turned on, a problem that the contacts are welded can be prevented. Thereby, it is possible to extend the life of the second switch. Further, even if a small relay or the like is used as the second switch, welding can be prevented, so that the power supply device can be reduced in size and cost.

また、スイッチング素子は、上記昇圧部を構成する素子であり、コンデンサに並列接続されている。そのため、直流負荷の稼動時、すなわちコンデンサが充電されている時には、コンデンサの電圧がスイッチング素子に加わる。したがって、スイッチング素子には、コンデンサの電圧に耐えられるものが用いられる。
このように、スイッチング素子はコンデンサの電圧に耐えることができるため、コンデンサの放電時に、コンデンサの電圧が加わった状態でスイッチング素子をオフからオンに切り替えても、スイッチング素子が破壊する等の不具合は生じない。 The switching element is an element constituting the boosting unit, and is connected in parallel to the capacitor. Therefore, when the DC load is in operation, that is, when the capacitor is charged, the voltage of the capacitor is applied to the switching element. Accordingly, a switching element that can withstand the voltage of the capacitor is used.
As described above, since the switching element can withstand the voltage of the capacitor, even if the switching element is switched from OFF to ON while the capacitor voltage is applied when the capacitor is discharged, the switching element is broken. Does not occur.

また、上記電源装置においては、コンデンサの放電電流は上記抵抗を流れるため、放電電流を小さくすることができる。そのため、第２スイッチの溶着を効果的に防止できる。 In the power supply device, since the discharge current of the capacitor flows through the resistor, the discharge current can be reduced. Therefore, it is possible to effectively prevent the second switch from being welded.

また、上記電源装置は、直流負荷の電源投入時に、コンデンサを予め充電している。この際、抵抗を介して上記充電電流を流しているため、コンデンサに突入電流が流れることを防止でき、スイッチの溶着を抑制できる。また、充電電流を流す際に用いる抵抗と、放電電流を流す際に用いる抵抗とを共通化しているため、部品点数を少なくすることができ、電源装置の製造コストを低減することが可能になる。 The power supply device precharges the capacitor when the DC load is turned on. At this time, since the charging current is passed through the resistor, the inrush current can be prevented from flowing through the capacitor, and the welding of the switch can be suppressed. In addition, since the resistance used when the charging current flows and the resistance used when the discharging current flow are made common, the number of components can be reduced, and the manufacturing cost of the power supply device can be reduced. .

以上のごとく、本発明によれば、コンデンサの放電用のスイッチを小型化かつ長寿命化できる電源装置を提供することができる。 As described above, according to the present invention, it is possible to provide a power supply device capable of reducing the size and extending the life of a switch for discharging a capacitor.

実施例１における、電源装置の回路図。1 is a circuit diagram of a power supply device according to Embodiment 1. FIG. 実施例１における、コンデンサの充電時における電源装置の回路図。The circuit diagram of the power supply device at the time of charge of a capacitor in Example 1. 実施例１における、直流負荷の稼動時における電源装置の回路図。The circuit diagram of the power supply device at the time of operation of DC load in Example 1. FIG. 実施例１における、コンデンサの放電準備時における電源装置の回路図。The circuit diagram of the power supply device in the time of the discharge preparation of a capacitor | condenser in Example 1. FIG. 実施例１における、コンデンサの放電時における電源装置の回路図。FIG. 3 is a circuit diagram of the power supply device when discharging a capacitor in the first embodiment. 実施例１における、電源装置を用いた充電装置の回路図。The circuit diagram of the charging device using the power supply device in Example 1. FIG. 実施例１における、電源装置を用いたインバータの回路図。The circuit diagram of the inverter using the power supply device in Example 1. FIG. 実施例２における、コンデンサの充電時における電源装置の回路図。The circuit diagram of the power supply device at the time of charge of a capacitor in Example 2. 実施例２における、コンデンサの放電時における電源装置の回路図。The circuit diagram of the power supply device at the time of the discharge of a capacitor | condenser in Example 2. FIG. 実施例３における、コンデンサの充電時における電源装置の回路図。The circuit diagram of the power supply device at the time of charge of a capacitor in Example 3. 実施例３における、コンデンサの放電時における電源装置の回路図。The circuit diagram of the power supply device at the time of the discharge of a capacitor | condenser in Example 3. FIG. 従来例における、電源装置の回路図。The circuit diagram of the power supply device in a prior art example.

上述した本発明における好ましい実施の形態につき説明する。
上記電源装置において、上記電源は交流電源であり、上記昇圧部はＰＦＣ回路の一部を構成していることが好ましい（請求項２）。
この場合には、入力電流の力率を向上させることが可能となる。そのため、電力損失を抑制でき、省エネルギー化できる。また、高調波の発生等を抑制できる。 A preferred embodiment of the present invention described above will be described.
In the power supply apparatus, it is preferable that the power supply is an AC power supply, and the boosting unit constitutes a part of a PFC circuit.
In this case, the power factor of the input current can be improved. Therefore, power loss can be suppressed and energy can be saved. Moreover, generation of harmonics and the like can be suppressed.

また、上記放電時には、上記スイッチング素子をオフにし、かつ上記第１スイッチと上記第２スイッチとをオンにした状態で、上記スイッチング素子をオフからオンに切り替えることにより、上記コンデンサから上記放電電流が、上記第１スイッチと上記抵抗と上記第２スイッチと上記スイッチング素子とを流れるよう構成されていることが好ましい（請求項３）。
例えば、第１スイッチに第３ダイオード（図１０、図１１参照）を逆並列接続し、この第３ダイオードを介して放電電流を流すことも可能であるが、この場合と比較して、上述のように第１スイッチを介して放電電流を流すと、第３ダイオードを設ける必要がなくなり、部品点数を減らすことが可能となる。そのため、電源装置の製造コストを低減できる。 Further, at the time of discharging, the switching element is turned off and the switching current is switched from off to on in the state where the first switch and the second switch are turned on. It is preferable that the first switch, the resistor, the second switch, and the switching element are configured to flow.
For example, it is possible to connect a third diode (see FIGS. 10 and 11) to the first switch in antiparallel, and to allow a discharge current to flow through the third diode. Thus, when the discharge current is passed through the first switch, it is not necessary to provide the third diode, and the number of parts can be reduced. Therefore, the manufacturing cost of the power supply device can be reduced.

（実施例１）
本発明の実施例にかかる電源装置につき、図１〜図７を用いて説明する。
図１に示すごとく、本例の電源装置１は、昇圧部３と、コンデンサ４と、直列体５と、第１スイッチ６と、第２スイッチ７とを備える。
昇圧部３は、直流負荷２に直列接続されたチョークコイル３０と、直流負荷２に並列接続されたスイッチング素子３１とからなる。昇圧部３は、直流負荷２の電源１０の電圧を昇圧する。
コンデンサ４は、直流負荷２に並列接続されている。 Example 1
A power supply apparatus according to an embodiment of the present invention will be described with reference to FIGS.
As shown in FIG. 1, the power supply device 1 of this example includes a booster 3, a capacitor 4, a series body 5, a first switch 6, and a second switch 7.
The step-up unit 3 includes a choke coil 30 connected in series to the DC load 2 and a switching element 31 connected in parallel to the DC load 2. The booster 3 boosts the voltage of the power supply 10 of the DC load 2.
The capacitor 4 is connected in parallel to the DC load 2.

直列体５は、チョークコイル３０側から第１ダイオード５０と抵抗５１と第２ダイオード５２とを直列に接続してなる。直列体５は、チョークコイル３０とスイッチング素子３１との接続点３５と、コンデンサ４との間に設けられている。
第１スイッチ６は、抵抗５１および第２ダイオード５２に並列接続されている。また、第２スイッチ７は、第１ダイオード５０および抵抗５１に並列接続されている。 The serial body 5 is formed by connecting a first diode 50, a resistor 51, and a second diode 52 in series from the choke coil 30 side. The serial body 5 is provided between the connection point 35 between the choke coil 30 and the switching element 31 and the capacitor 4.
The first switch 6 is connected in parallel to the resistor 51 and the second diode 52. The second switch 7 is connected in parallel to the first diode 50 and the resistor 51.

図２に示すごとく、第１ダイオード５０と第２ダイオード５２とは、電源１０からコンデンサ４を充電する方向に流れる充電電流Ｉｃに対して、それぞれ順方向となるように接続されている。
直流負荷２の電源投入時には、第１スイッチ６及び第２スイッチ７をオフにし、電源１０から充電電流Ｉｃを、直列体５を通して流すことにより、コンデンサ４を充電する。 As shown in FIG. 2, the first diode 50 and the second diode 52 are connected so as to be in the forward direction with respect to the charging current Ic flowing in the direction of charging the capacitor 4 from the power supply 10.
When the DC load 2 is turned on, the first switch 6 and the second switch 7 are turned off, and the capacitor 4 is charged by passing the charging current Ic from the power source 10 through the series body 5.

図４に示すごとく、直流負荷２の電源遮断時には、スイッチング素子３１をオフにし、かつ第１スイッチ６及び第２スイッチ７をオンにする。その後、図５に示すごとく、スイッチング素子３１をオフからオンに切り替えることにより、コンデンサ４を放電する。
コンデンサ４の放電電流Ｉｄは、第１スイッチ６と、抵抗５１と、第２スイッチ７と、スイッチング素子３１とを流れる。 As shown in FIG. 4, when the power source of the DC load 2 is shut off, the switching element 31 is turned off, and the first switch 6 and the second switch 7 are turned on. Thereafter, as shown in FIG. 5, the capacitor 4 is discharged by switching the switching element 31 from OFF to ON.
The discharge current Id of the capacitor 4 flows through the first switch 6, the resistor 51, the second switch 7, and the switching element 31.

図１に示すごとく、本例の電源装置１は、交流電源１０から供給される交流電力を整流するための整流回路１２を備える。整流回路１２と交流電源１０との間には、リレー１００が設けられている。リレー１００をオンにすると、交流電源１０から直流負荷２に駆動電流Ｉｏ（図３参照）が流れ、リレー１００をオフにすると、直流負荷２への電力供給が停止する。電源装置１は、交流電圧を、整流回路１２を使って全波整流した後、コンデンサ４によって平滑化している。 As shown in FIG. 1, the power supply device 1 of this example includes a rectifier circuit 12 for rectifying AC power supplied from an AC power supply 10. A relay 100 is provided between the rectifier circuit 12 and the AC power supply 10. When relay 100 is turned on, drive current Io (see FIG. 3) flows from AC power supply 10 to DC load 2, and when relay 100 is turned off, power supply to DC load 2 is stopped. In the power supply device 1, the AC voltage is full-wave rectified using the rectifier circuit 12 and then smoothed by the capacitor 4.

直流負荷２と整流回路１２とは、正側電力ライン２０および負側電力ライン２１によって接続されている。正側電力ライン２０に、上述のチョークコイル３０が設けられている。また、正側電力ライン２０と負側電力ライン２１との間には、スイッチング素子３１としてのＮ型ＭＯＳＦＥＴが接続されている。 The DC load 2 and the rectifier circuit 12 are connected by a positive power line 20 and a negative power line 21. The choke coil 30 described above is provided on the positive power line 20. Further, an N-type MOSFET as the switching element 31 is connected between the positive power line 20 and the negative power line 21.

図１に示すごとく、チョークコイル３０とスイッチング素子３１との接続点３５には、第１ダイオード５０のアノード端子Ａ１が接続している。また、第１ダイオード５０のカソード端子Ｃ１は、抵抗５１の一端５１１に接続している。抵抗５１の他端５１２は、第２ダイオード５２のアノード端子Ａ２に接続している。そして、第２ダイオード５２のカソード端子Ｃ２は、コンデンサ４及び直流負荷２に接続している。 As shown in FIG. 1, the anode terminal A 1 of the first diode 50 is connected to a connection point 35 between the choke coil 30 and the switching element 31. Further, the cathode terminal C 1 of the first diode 50 is connected to one end 511 of the resistor 51. The other end 512 of the resistor 51 is connected to the anode terminal A 2 of the second diode 52. The cathode terminal C 2 of the second diode 52 is connected to the capacitor 4 and the DC load 2.

第１スイッチ６は、第１ダイオード５０と抵抗５１との接続点１３と、第２ダイオード５２とコンデンサ４との接続点１４との間に接続されている。また、第２スイッチ７は、抵抗５１と第２ダイオード５２との接続点１７と、スイッチング素子３１（ＭＯＳＦＥＴ）のドレイン端子Ｄに接続している。なお、本例では、第１スイッチ６及び第２スイッチ７として機械式リレーを用いているが、半導体スイッチを用いてもよい。 The first switch 6 is connected between a connection point 13 between the first diode 50 and the resistor 51 and a connection point 14 between the second diode 52 and the capacitor 4. The second switch 7 is connected to the connection point 17 between the resistor 51 and the second diode 52 and the drain terminal D of the switching element 31 (MOSFET). In this example, mechanical relays are used as the first switch 6 and the second switch 7, but semiconductor switches may be used.

第１スイッチ６、第２スイッチ７、リレー１００は、図示しない制御回路に接続されている。この制御回路を使って、第１スイッチ６、第２スイッチ７、リレー１００のオンオフ動作を制御している。スイッチング素子３１のゲート端子Ｇも、制御回路に接続している。また、電源装置１は、交流電源１０の入力電流Ｉｓを測定する電流センサ（図示しない）を備える。この電流センサも、制御回路に接続されている。 The first switch 6, the second switch 7, and the relay 100 are connected to a control circuit (not shown). Using this control circuit, the on / off operation of the first switch 6, the second switch 7, and the relay 100 is controlled. The gate terminal G of the switching element 31 is also connected to the control circuit. The power supply device 1 also includes a current sensor (not shown) that measures the input current Is of the AC power supply 10. This current sensor is also connected to the control circuit.

直流負荷２の電源投入時には、コンデンサ４は充電されていない。この状態で、リレー１００をオンにし、第１スイッチ６をオンにすると、コンデンサ４に突入電流が流れ、リレー１００や第１スイッチ６が溶着する等の問題が生じ得る。
そのため、図２に示すごとく、電源投入時には、第１スイッチ６と第２スイッチ７とスイッチング素子３１をオフにした状態で、リレー１００をオンにする。このようにすると、交流電源１０から充電電流Ｉｃが、チョークコイル３０、第１ダイオード５０、抵抗５１、第２ダイオード５２を流れ、コンデンサ４が充電される。充電電流Ｉｃは、抵抗５１を流れるため、低電流となる。そのため、突入電流を防止でき、徐々にコンデンサ４を充電することが可能になる。これにより、リレー１００等の溶着を防止している。 When the DC load 2 is turned on, the capacitor 4 is not charged. If the relay 100 is turned on and the first switch 6 is turned on in this state, problems such as inrush current flowing in the capacitor 4 and welding of the relay 100 and the first switch 6 may occur.
Therefore, as shown in FIG. 2, when the power is turned on, the relay 100 is turned on with the first switch 6, the second switch 7, and the switching element 31 turned off. In this way, the charging current Ic from the AC power supply 10 flows through the choke coil 30, the first diode 50, the resistor 51, and the second diode 52, and the capacitor 4 is charged. Since the charging current Ic flows through the resistor 51, it becomes a low current. Therefore, inrush current can be prevented and the capacitor 4 can be gradually charged. Thereby, welding of relay 100 grade | etc., Is prevented.

図３に示すごとく、コンデンサ４を充電した後は、第２スイッチ７をオフにしたまま、第１スイッチ６をオンにする。そして、第１スイッチ６を介して駆動電流Ｉｏを供給し、直流負荷２を駆動する。 As shown in FIG. 3, after the capacitor 4 is charged, the first switch 6 is turned on while the second switch 7 is turned off. Then, the drive current Io is supplied via the first switch 6 to drive the DC load 2.

直流負荷２を駆動する間は、スイッチング素子３１をスイッチング動作させる。これにより、整流後の電圧を昇圧すると共に、交流電源１０の入力電流Ｉｓの力率を向上させている。
すなわち、チョークコイル３０とスイッチング素子３１は、昇圧部３を構成するとともに、入力電流Ｉｓの力率を向上させるためのＰＦＣ回路の一部を構成している。上記制御回路は、交流電源１０の入力電圧の波形等から、入力電流Ｉｓの目標値を算出し、この目標値と、上記電流センサを用いて測定した入力電流Ｉｓの測定値との差が、なるべく小さくなるようにスイッチング素子３１をスイッチング動作させる。これにより、入力電流Ｉｓの波形が理想的なサインカーブに近い形となり、力率を向上させることが可能になる。 While the DC load 2 is driven, the switching element 31 is switched. As a result, the voltage after rectification is boosted and the power factor of the input current Is of the AC power supply 10 is improved.
That is, the choke coil 30 and the switching element 31 constitute a booster 3 and a part of a PFC circuit for improving the power factor of the input current Is. The control circuit calculates the target value of the input current Is from the waveform of the input voltage of the AC power supply 10 and the like, and the difference between the target value and the measured value of the input current Is measured using the current sensor is The switching element 31 is switched so as to be as small as possible. Thereby, the waveform of the input current Is becomes a shape close to an ideal sine curve, and the power factor can be improved.

直流負荷２への電力供給を停止する際には、図４に示すごとく、まずリレー１００をオフにする。この後、感電事故等を防止するため、コンデンサ４を速やかに放電させる必要がある。コンデンサ４を放電するには、図４に示すごとく、第１スイッチ６及び第２スイッチ７をオンにし、スイッチング素子３１をオフにしておく。その後、図５に示すごとく、スイッチング素子３１をオフからオンに切り替える。このようにすると、コンデンサ４に蓄えられた電荷Ｑが放電電流Ｉｄとなり、第１スイッチ６、抵抗５１、第２スイッチ７、スイッチング素子３１を流れる。これにより、コンデンサ４が放電される。 When stopping the power supply to the DC load 2, the relay 100 is first turned off as shown in FIG. Thereafter, in order to prevent an electric shock accident or the like, it is necessary to discharge the capacitor 4 promptly. To discharge the capacitor 4, as shown in FIG. 4, the first switch 6 and the second switch 7 are turned on and the switching element 31 is turned off. Thereafter, as shown in FIG. 5, the switching element 31 is switched from OFF to ON. In this way, the charge Q stored in the capacitor 4 becomes the discharge current Id and flows through the first switch 6, the resistor 51, the second switch 7, and the switching element 31. As a result, the capacitor 4 is discharged.

図６に示すごとく、本例の電源装置１は、例えば、電気自動車等の車両に搭載されるバッテリー１９を充電するための充電装置１５に用いることができる。充電装置１５は、電源１０（家庭用の商用電源）から供給される交流電力を、整流回路１２によって全波整流し、コンデンサ４を使って平滑化している。 As shown in FIG. 6, the power supply apparatus 1 of this example can be used for the charging apparatus 15 for charging the battery 19 mounted in vehicles, such as an electric vehicle, for example. In the charging device 15, AC power supplied from a power source 10 (commercial commercial power source) is full-wave rectified by a rectifier circuit 12 and smoothed using a capacitor 4.

直流負荷２は、複数のＩＧＢＴ素子２２からなるＨ型ブリッジ回路２２０と、トランス２３と、ダイオードブリッジ２４と、平滑コンデンサ２５とを備える。Ｈ型ブリッジ回路２２０は、ＩＧＢＴ素子２２をスイッチング動作することにより、入力された直流電力を交流電力に変換する。そして、交流電力をトランス２３によって変圧した後、ダイオードブリッジ２４によって全波整流し、平滑コンデンサ２５を使って平滑化している。このようにして得た直流電力を使って、バッテリー１９を充電する。 The DC load 2 includes an H-type bridge circuit 220 including a plurality of IGBT elements 22, a transformer 23, a diode bridge 24, and a smoothing capacitor 25. The H-type bridge circuit 220 converts the input DC power into AC power by switching the IGBT element 22. Then, after AC power is transformed by the transformer 23, full-wave rectification is performed by the diode bridge 24, and smoothing is performed using the smoothing capacitor 25. The battery 19 is charged using the DC power thus obtained.

なお、充電装置１５は、バッテリー１９の充電状態に応じて、充電電圧を変えるように構成されている。すなわち、バッテリー１９の充電量が少ない場合は低電圧で充電し、バッテリー１９の充電量が多い場合は高電圧で充電する。このような電圧の調整は、Ｈ型ブリッジ回路２２０のＩＧＢＴ素子２２がオンする時間を変化させることにより行っている。 The charging device 15 is configured to change the charging voltage in accordance with the state of charge of the battery 19. That is, when the charge amount of the battery 19 is small, it is charged at a low voltage, and when the charge amount of the battery 19 is large, it is charged at a high voltage. Such voltage adjustment is performed by changing the time during which the IGBT element 22 of the H-type bridge circuit 220 is turned on.

また、図７に示すごとく、本例の電源装置１はＤＣＤＣコンバータ１６として用いることもできる。ＤＣＤＣコンバータ１６は、ハイブリッド車や電気自動車等の車両に搭載された直流電源１０の電圧を、昇圧部３によって昇圧し、コンデンサ４を使って平滑化している。電源装置１をＤＣＤＣコンバータとして用いる場合は、チョークコイル３０とスイッチング素子３１は、直流電源１０の電圧を昇圧する機能のみを備えており、ＰＦＣ回路としての機能を備えていない。 Further, as shown in FIG. 7, the power supply device 1 of this example can also be used as the DCDC converter 16. The DCDC converter 16 boosts the voltage of the DC power supply 10 mounted on a vehicle such as a hybrid vehicle or an electric vehicle by the boosting unit 3 and smoothes it using the capacitor 4. When the power supply device 1 is used as a DCDC converter, the choke coil 30 and the switching element 31 have only a function of boosting the voltage of the DC power supply 10 and do not have a function as a PFC circuit.

ＤＣＤＣコンバータに接続された直流負荷２は、複数のＩＧＢＴ素子２２からなるインバータ回路である。インバータ回路のＩＧＢＴ素子２２をスイッチング動作させることにより、入力された直流電力を交流電力に変換し、三相交流モータ１８を駆動するよう構成されている。 The DC load 2 connected to the DCDC converter is an inverter circuit composed of a plurality of IGBT elements 22. By switching the IGBT element 22 of the inverter circuit, the input DC power is converted into AC power and the three-phase AC motor 18 is driven.

本例の作用効果について説明する。
本例の電源装置１は、スイッチング素子３１をオフにし、かつ第２スイッチ７をオンにした状態（図４参照）で、スイッチング素子３１をオフからオンに切り替える（図５参照）ことにより、コンデンサ４を放電するよう構成されている。このようにすると、第２スイッチ７をオンにする際には、スイッチング素子３１がオフになっているため、第２スイッチ７にはコンデンサ４の高電圧が加わらない。そのため、第２スイッチ７をオンした際に、接点が溶着する不具合を防止できる。これにより、第２スイッチ７を長寿命化することが可能となる。また、第２スイッチ７として小型のリレー等を用いても、溶着を防止できるため、電源装置１の小型化や低コスト化を達成することができる。 The effect of this example will be described.
The power supply device 1 of this example switches the switching element 31 from off to on (see FIG. 5) with the switching element 31 turned off and the second switch 7 turned on (see FIG. 4). 4 is configured to discharge. In this way, when the second switch 7 is turned on, the switching element 31 is turned off, so that the high voltage of the capacitor 4 is not applied to the second switch 7. Therefore, when the 2nd switch 7 is turned on, the malfunction which a contact welds can be prevented. Thereby, it is possible to extend the life of the second switch 7. Further, even when a small relay or the like is used as the second switch 7, since welding can be prevented, the power supply device 1 can be reduced in size and cost.

また、スイッチング素子３１は、昇圧部３を構成する素子であり、コンデンサ４に並列接続されている。そのため、直流負荷２の稼動時、すなわちコンデンサ４が充電されている時には、コンデンサ４の電圧がスイッチング素子３１に加わる。したがって、スイッチング素子３１には、コンデンサ４の電圧に耐えられるものが用いられる。
このように、スイッチング素子３１はコンデンサ４の電圧に耐えることができるため、コンデンサ４の放電時に、コンデンサ４の電圧が加わった状態でスイッチング素子３１をオフからオンに切り替えても、スイッチング素子３１が破壊する等の不具合は生じない。 The switching element 31 is an element constituting the boosting unit 3 and is connected in parallel to the capacitor 4. Therefore, when the DC load 2 is operating, that is, when the capacitor 4 is charged, the voltage of the capacitor 4 is applied to the switching element 31. Accordingly, a switching element 31 that can withstand the voltage of the capacitor 4 is used.
In this way, since the switching element 31 can withstand the voltage of the capacitor 4, even when the switching element 31 is switched from OFF to ON while the voltage of the capacitor 4 is applied when the capacitor 4 is discharged, Defects such as destruction do not occur.

また、図５に示すごとく、コンデンサ４の放電電流Ｉｄは抵抗５１を流れるため、放電電流Ｉｄを小さくすることができる。これにより、第２スイッチ７の溶着を効果的に防止できる。 Further, as shown in FIG. 5, since the discharge current Id of the capacitor 4 flows through the resistor 51, the discharge current Id can be reduced. Thereby, welding of the 2nd switch 7 can be prevented effectively.

また、図２に示すごとく、電源装置１は、直流負荷２の電源投入時に、コンデンサ４を予め充電している。この際、抵抗５１を介して充電電流Ｉｃを流しているため、コンデンサ４に突入電流が流れることを防止でき、リレー１００の溶着を抑制できる。また、充電電流Ｉｃを流す際に用いる抵抗５１と、放電電流Ｉｄ（図５参照）を流す際に用いる抵抗５１とを共通化しているため、部品点数を少なくすることができ、電源装置１の製造コストを低減することが可能になる。 As shown in FIG. 2, the power supply device 1 precharges the capacitor 4 when the DC load 2 is turned on. At this time, since the charging current Ic flows through the resistor 51, the inrush current can be prevented from flowing through the capacitor 4, and welding of the relay 100 can be suppressed. Further, since the resistor 51 used when the charging current Ic flows and the resistor 51 used when the discharging current Id (see FIG. 5) flow are made common, the number of parts can be reduced, and the power supply device 1 Manufacturing costs can be reduced.

また、図１〜図５に示すごとく、昇圧部３をＰＦＣ回路として利用すると、入力電流Ｉｓの力率を向上させることが可能となる。そのため、電力損失を抑制でき、省エネルギー化できる。また、高調波の発生等を抑制できる。 As shown in FIGS. 1 to 5, when the booster 3 is used as a PFC circuit, the power factor of the input current Is can be improved. Therefore, power loss can be suppressed and energy can be saved. Moreover, generation of harmonics and the like can be suppressed.

また、本例では、放電時には、スイッチング素子３１をオフにし、かつ第１スイッチ６と第２スイッチ７とをオンにした状態（図４参照）で、スイッチング素子３１をオフからオンに切り替えている（図５参照）。これにより、コンデンサ４から放電電流Ｉｄが、第１スイッチ６と抵抗５１と第２スイッチ７とスイッチング素子３１とを流れるよう構成してある。
例えば、第１スイッチ６に第３ダイオード５３（図１０、図１１参照）を逆並列接続し、この第３ダイオード５３を介して放電電流Ｉｄを流すことも可能であるが、この場合と比較して、上述のように第１スイッチ６を介して放電電流Ｉｄを流すと、第３ダイオード５３を設ける必要がなくなり、部品点数を減らすことが可能となる。そのため、電源装置１の製造コストを低減できる。 In this example, at the time of discharging, the switching element 31 is switched from OFF to ON while the switching element 31 is turned OFF and the first switch 6 and the second switch 7 are turned ON (see FIG. 4). (See FIG. 5). As a result, the discharge current Id flows from the capacitor 4 through the first switch 6, the resistor 51, the second switch 7, and the switching element 31.
For example, a third diode 53 (see FIGS. 10 and 11) can be connected in reverse parallel to the first switch 6 and a discharge current Id can be allowed to flow through the third diode 53. Thus, when the discharge current Id is passed through the first switch 6 as described above, it is not necessary to provide the third diode 53, and the number of components can be reduced. Therefore, the manufacturing cost of the power supply device 1 can be reduced.

（実施例２）
本例は、図８、図９に示すごとく、チョークコイル３０、直列体５、第１スイッチ６を、負側電力ライン２１に設けた例である。本例では、チョークコイル３０とスイッチング素子３１との接続点３５に、第１ダイオード５０のカソード端子Ｃ１が接続している。第１ダイオード５０のアノード端子Ａ１は、抵抗５1の一端５１１に接続している。また、抵抗５１の他端５１２は、第２アノード５２のカソード端子Ｃ２に接続している。第２アノード５２のアノード端子Ａ２は、コンデンサ４に接続している。第１スイッチ６は、第１ダイオード５０と抵抗５１との接続点１３と、第２ダイオード５２とコンデンサ４との接続点１４との間に接続されている。また、第２スイッチ７は、抵抗５１と第２ダイオード５２との接続点１７と、スイッチング素子３１のソース端子Ｓとの間に接続されている。 (Example 2)
In this example, as shown in FIGS. 8 and 9, the choke coil 30, the series body 5, and the first switch 6 are provided in the negative power line 21. In this example, the cathode terminal C1 of the first diode 50 is connected to a connection point 35 between the choke coil 30 and the switching element 31. The anode terminal A1 of the first diode 50 is connected to one end 511 of the resistor 51. The other end 512 of the resistor 51 is connected to the cathode terminal C 2 of the second anode 52. An anode terminal A2 of the second anode 52 is connected to the capacitor 4. The first switch 6 is connected between a connection point 13 between the first diode 50 and the resistor 51 and a connection point 14 between the second diode 52 and the capacitor 4. The second switch 7 is connected between the connection point 17 between the resistor 51 and the second diode 52 and the source terminal S of the switching element 31.

直流負荷２の電源投入時には、図８に示すごとく、第１スイッチ６および第２スイッチ７をオフにした状態で、リレー１００をオンにする。このようにすると、交流電源１０から充電電流Ｉｃが、正側電力ライン２０、コンデンサ４、第２ダイオード５２、抵抗５１、第１ダイオード５１を流れる。これにより、コンデンサ４が充電される。 When the DC load 2 is turned on, the relay 100 is turned on with the first switch 6 and the second switch 7 turned off as shown in FIG. In this way, the charging current Ic flows from the AC power supply 10 through the positive power line 20, the capacitor 4, the second diode 52, the resistor 51, and the first diode 51. Thereby, the capacitor 4 is charged.

直流負荷２の電源を遮断する場合は、図９に示すごとく、リレー１００をオフにする。そして、スイッチング素子３１をオフにし、かつ第１スイッチ６及び第２スイッチ７をオンにした後に、スイッチング素子３１をオフからオンに切り替える。このようにすると、コンデンサ４から放電電流Ｉｄが、正側電力ライン２０、スイッチング素子３１、第２スイッチ７、抵抗５１、第１スイッチ６を流れる。これにより、コンデンサ４が放電される。 When the power source of the DC load 2 is shut off, the relay 100 is turned off as shown in FIG. Then, after the switching element 31 is turned off and the first switch 6 and the second switch 7 are turned on, the switching element 31 is switched from off to on. In this way, the discharge current Id flows from the capacitor 4 through the positive power line 20, the switching element 31, the second switch 7, the resistor 51, and the first switch 6. As a result, the capacitor 4 is discharged.

本例においても、実施例１と同様に、第２スイッチ７をオンにする際には、スイッチング素子３１がオフになっているため、コンデンサ４の高電圧が第２スイッチ７に加わらない。そのため、第２スイッチ７の溶着を抑制することができる。これにより、第２スイッチ７の長寿命化および小型化を図ることが可能になる。
また、本例では、チョークコイル３０、直列体５、第１スイッチ６が負側電力ライン２１に設けられている。そのため、電源装置１の設計自由度を向上させることができる。
その他、実施例１と同様の構成および作用効果を備える。 Also in this example, as in the first embodiment, when the second switch 7 is turned on, the high voltage of the capacitor 4 is not applied to the second switch 7 because the switching element 31 is turned off. Therefore, welding of the second switch 7 can be suppressed. This makes it possible to extend the life and size of the second switch 7.
In this example, the choke coil 30, the series body 5, and the first switch 6 are provided on the negative power line 21. Therefore, the design freedom of the power supply device 1 can be improved.
In addition, the configuration and operational effects similar to those of the first embodiment are provided.

（実施例３）
本例は、図１０、図１１に示すごとく、第１スイッチ６に第３ダイオード５３を逆並列接続した例である。本例では、第１ダイオード５０と抵抗５１との接続点１３と、第２ダイオード５２とコンデンサ４との接続点１４との間に、第３ダイオード５３を設けた。第３ダイオード５３のカソード端子Ｃ３は接続点１３に接続し、アノード端子Ａ３は接続点１４に接続している。 (Example 3)
In this example, as shown in FIGS. 10 and 11, a third diode 53 is connected in reverse parallel to the first switch 6. In this example, the third diode 53 is provided between the connection point 13 between the first diode 50 and the resistor 51 and the connection point 14 between the second diode 52 and the capacitor 4. The cathode terminal C 3 of the third diode 53 is connected to the connection point 13, and the anode terminal A 3 is connected to the connection point 14.

直流負荷２の電源投入時には、実施例１と同様に、第１スイッチ６、第２スイッチ７をオフにした状態で、リレー１００をオンにする。そして、交流電源１０から充電電流Ｉｃを、第１ダイオード５０、抵抗５１、第２ダイオード５２を通してコンデンサ４に流す。これにより、コンデンサ４を充電する。 When the DC load 2 is turned on, the relay 100 is turned on with the first switch 6 and the second switch 7 turned off as in the first embodiment. Then, the charging current Ic is supplied from the AC power supply 10 to the capacitor 4 through the first diode 50, the resistor 51, and the second diode 52. Thereby, the capacitor 4 is charged.

直流負荷２の電源を遮断する際には、図１１に示すごとく、リレー１００をオフにする。そして、スイッチング素子３１及び第１スイッチ６をオフにし、第２スイッチ７をオンにした後、スイッチング素子３１をオフからオンに切り替える。このようにすると、コンデンサ４から放電電流Ｉｄが、第３ダイオード５３、抵抗５１、第２スイッチ７、スイッチング素子３１を流れる。これにより、コンデンサ４が放電する。 When the power source of the DC load 2 is shut off, the relay 100 is turned off as shown in FIG. Then, after turning off the switching element 31 and the first switch 6 and turning on the second switch 7, the switching element 31 is switched from off to on. In this way, the discharge current Id flows from the capacitor 4 through the third diode 53, the resistor 51, the second switch 7, and the switching element 31. As a result, the capacitor 4 is discharged.

本例では、コンデンサ４を放電する際に、放電電流Ｉｄが第１スイッチ６を流れないため、放電電流Ｉｄによって第１スイッチ６が溶着する不具合を防止できる。そのため、第１スイッチ６として、小型のリレーを用いることができる。
その他、実施例１と同様の構成および作用効果を備える。 In this example, since the discharge current Id does not flow through the first switch 6 when the capacitor 4 is discharged, it is possible to prevent the first switch 6 from being welded by the discharge current Id. Therefore, a small relay can be used as the first switch 6.
In addition, the configuration and operational effects similar to those of the first embodiment are provided.

１電源装置
１０電源
２直流負荷
３昇圧部
３０チョークコイル
３１スイッチング素子
４コンデンサ
５直列体
５０第１ダイオード
５１抵抗
５２第２ダイオード
６第１スイッチ
７第２スイッチ DESCRIPTION OF SYMBOLS 1 Power supply device 10 Power supply 2 DC load 3 Booster part 30 Choke coil 31 Switching element 4 Capacitor 5 Series body 50 1st diode 51 Resistance 52 2nd diode 6 1st switch 7 2nd switch

Claims

A choke coil connected in series to the DC load, and a switching element connected in parallel to the DC load, and a boosting unit that boosts the voltage of the power source of the DC load;
A capacitor connected in parallel to the DC load;
A series body provided between a connection point of the choke coil and the switching element and the capacitor, and a first diode, a resistor, and a second diode connected in series from the choke coil side;
A first switch connected in parallel to the resistor and the second diode;
A second switch connected in parallel to the first diode and the resistor;
The first diode and the second diode are connected to each other in a forward direction with respect to a charging current flowing in the direction of charging the capacitor from the power source,
When the DC load is turned on, the first switch and the second switch are turned off, and the capacitor is charged by flowing the charging current from the power source through the series body,
When the DC load is turned off, the capacitor is discharged by switching the switching element from off to on with the switching element off and the second switch on.
A power supply device characterized in that a discharge current of the capacitor flows through at least the resistor, the second switch, and the switching element.

2. The power supply apparatus according to claim 1, wherein the power supply is an AC power supply, and the boosting unit forms part of a PFC circuit.

3. The power supply device according to claim 1, wherein, at the time of discharging, the switching element is turned off and turned on while the switching element is turned off and the first switch and the second switch are turned on. The power supply device according to claim 1, wherein the discharge current flows from the capacitor through the first switch, the resistor, the second switch, and the switching element.