JP2015128356A - Overvoltage protection circuit and power conversion device having the same - Google Patents
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Abstract
Description
本発明は、過電圧保護回路、及びそれを備えた電力変換装置に関する。 The present invention relates to an overvoltage protection circuit and a power conversion device including the same.
電源電圧の変動が起こり易い地域で使用される機器は、電圧上昇時の対策如何によっては、機器の故障を招く虞がある。それゆえ、特許文献1(特開2009−207329号公報)に開示されているような過電圧保護回路が設けられる。この過電圧保護回路は、所定電圧以上のときにリレーで電源を遮断する構成である。 A device used in an area where the power supply voltage is likely to fluctuate may cause a failure of the device depending on the countermeasure against the voltage rise. Therefore, an overvoltage protection circuit as disclosed in Patent Document 1 (Japanese Patent Laid-Open No. 2009-207329) is provided. This overvoltage protection circuit is configured to shut off the power supply with a relay when the voltage is equal to or higher than a predetermined voltage.
しかしながら、電源電圧が過大となるのに要する時間は極めて短く、上記リレーによる遮断では反応が遅く確実に保護することは困難である。特に半導体素子のような、過電圧に耐えうる時間が短いものについては、リレーによる遮断では保護ができない。また、瞬間的な過大電圧のためだけに半導体素子などの耐圧を高くすることは高コスト化、大型化を招来する。 However, the time required for the power supply voltage to become excessive is extremely short, and the response is slow and it is difficult to reliably protect it by the interruption by the relay. In particular, a semiconductor element such as a semiconductor element that has a short time to withstand overvoltage cannot be protected by being interrupted by a relay. Further, increasing the breakdown voltage of a semiconductor element or the like only for an instantaneous excessive voltage leads to an increase in cost and size.
そこで、本発明の課題は、瞬間的な過大電圧から機器を保護する小型・低コストの過電圧保護回路、及びそれを備えた電力変換装置を提供することにある。 Accordingly, an object of the present invention is to provide a small and low-cost overvoltage protection circuit that protects a device from a momentary excessive voltage, and a power conversion device including the same.
本発明の第1観点に係る過電圧保護装置は、電源とその電源から電力を供給される機器との間に接続される過電圧保護回路であって、過電圧導通回路と、第1インピーダンス回路と、第2インピーダンス回路とを備えている。過電圧導通回路は、電源と機器とを結ぶ一対の電源ライン間にその機器と並列に接続され、過電圧時に電流を流す。第1インピーダンス回路は、一対の電源ライン間に機器と並列に、且つ過電圧導通回路と直列に接続されている。第2インピーダンス回路は、電源ラインのうちの電源と第1インピーダンス回路との間に接続されている。 An overvoltage protection device according to a first aspect of the present invention is an overvoltage protection circuit connected between a power supply and a device to which power is supplied from the power supply, and includes an overvoltage conduction circuit, a first impedance circuit, 2 impedance circuit. The overvoltage conduction circuit is connected in parallel with the device between a pair of power supply lines connecting the power source and the device, and allows current to flow when overvoltage occurs. The first impedance circuit is connected between the pair of power supply lines in parallel with the device and in series with the overvoltage conduction circuit. The second impedance circuit is connected between the power supply in the power supply line and the first impedance circuit.
この過電圧保護回路では、過電圧時に、過電圧導通回路が導通することによって、[電源―過電圧導通回路―第1インピーダンス回路―第2インピーダンス回路―電源]の閉回路が構成される。その結果、機器には、2つのインピーダンス回路のインピーダンスの比に応じた電圧しか印加されないので、機器を過電圧から保護することができる。 In this overvoltage protection circuit, a closed circuit of [power supply-overvoltage conduction circuit-first impedance circuit-second impedance circuit-power supply] is configured by conducting the overvoltage conduction circuit at the time of overvoltage. As a result, since only a voltage corresponding to the ratio of the impedances of the two impedance circuits is applied to the device, the device can be protected from overvoltage.
本発明の第2観点に係る過電圧保護回路は、第1観点に係る過電圧保護回路であって、過電圧導通回路が、過電圧時に電流を流す素子として、過渡電圧サプレッサ、ツェナダイオード、サージアブソーバ、及びアバランシェダイオードのいずれか1つを含んでいる。 An overvoltage protection circuit according to a second aspect of the present invention is the overvoltage protection circuit according to the first aspect, wherein the overvoltage conduction circuit is a device that causes a current to flow when overvoltage occurs. Any one of the diodes is included.
過渡電圧サプレッサ、ツェナダイオード、サージアブソーバ、及びアバランシェダイオードは、いずれも電圧の過渡変動に対して、短い応答時間で動作する素子である。それゆえ、この過電圧保護回路では、過電圧時に当該素子が導通することによって、機器には、2つのインピーダンス回路のインピーダンスの比に応じた電圧しか印加されないので、機器を過電圧から保護することができる。 A transient voltage suppressor, a Zener diode, a surge absorber, and an avalanche diode are all elements that operate with a short response time with respect to voltage transient fluctuations. Therefore, in this overvoltage protection circuit, when the element conducts at the time of overvoltage, only a voltage corresponding to the ratio of the impedances of the two impedance circuits is applied to the device, and thus the device can be protected from the overvoltage.
本発明の第3観点に係る過電圧保護回路は、第1観点に係る過電圧保護回路であって、電源の電圧を検出する電圧検出器をさらに備えている。過電圧導通回路は、電源ラインと第1インピーダンス回路との間を開閉するスイッチを有している。このスイッチは、電圧検出器による検出値が所定の閾値を超えたときにオンして電源ラインと第1インピーダンス回路との間を導通させる。 An overvoltage protection circuit according to a third aspect of the present invention is the overvoltage protection circuit according to the first aspect, and further includes a voltage detector that detects the voltage of the power supply. The overvoltage conduction circuit has a switch that opens and closes between the power supply line and the first impedance circuit. This switch is turned on when the detection value by the voltage detector exceeds a predetermined threshold value, and conducts between the power supply line and the first impedance circuit.
この過電圧保護回路では、例えば、第1インピーダンス回路及び第2インピーダンス回路それぞれのインピーダンスをZa及びZbとしたとき、過電圧時にスイッチが電源ラインと第1インピーダンス回路との間を導通させることによって、機器には電源電圧の2つのインピーダンスの比{Za/(Za+Zb)}に応じた電圧しか印加されないので、機器を過電圧から保護することができる。 In this overvoltage protection circuit, for example, when the impedance of each of the first impedance circuit and the second impedance circuit is Za and Zb, the switch causes the power supply line and the first impedance circuit to conduct at the time of overvoltage. Since only a voltage according to the ratio {Za / (Za + Zb)} of the two impedances of the power supply voltage is applied, the device can be protected from overvoltage.
本発明の第4観点に係る過電圧保護回路は、第1観点又は第2観点に係る過電圧保護回路であって、電圧検出器と、バイパス回路とをさらに備えている。電圧検出器は、電源の電圧を検出する。バイパス回路は、第2インピーダンス回路を迂回する回路である。また、バイパス回路は、バイパス回路を開閉する第2スイッチを有する。この第2スイッチは、通常時はバイパス回路を閉じ、電圧検出器による検出値が所定の閾値を超えたときにバイパス回路を遮断する。 An overvoltage protection circuit according to a fourth aspect of the present invention is the overvoltage protection circuit according to the first aspect or the second aspect, and further includes a voltage detector and a bypass circuit. The voltage detector detects the voltage of the power supply. The bypass circuit is a circuit that bypasses the second impedance circuit. The bypass circuit has a second switch that opens and closes the bypass circuit. The second switch normally closes the bypass circuit, and shuts off the bypass circuit when the value detected by the voltage detector exceeds a predetermined threshold value.
この過電圧保護回路では、例えば、第1インピーダンス回路及び第2インピーダンス回路それぞれのインピーダンスをZa及びZbとしたとき、通常時はバイパス回路を閉じているので、インピーダンスZbで電力が消費されることはなく、機器への印加電圧がインピーダンスZbでの電圧降下分だけ低くなることも回避することができる。 In this overvoltage protection circuit, for example, when the impedances of the first impedance circuit and the second impedance circuit are Za and Zb, the bypass circuit is normally closed, so that power is not consumed by the impedance Zb. It is also possible to avoid the voltage applied to the device being lowered by the voltage drop at the impedance Zb.
他方、過電圧時に第2スイッチがバイパス回路を遮断することにより、機器には電源電圧の2つのインピーダンスの比{Za/(Za+Zb)}に応じた電圧しか印加されないので、機器を過電圧から保護することができる。 On the other hand, since the second switch cuts off the bypass circuit at the time of overvoltage, only the voltage according to the ratio of two impedances of power supply voltage {Za / (Za + Zb)} is applied to the device, so that the device is protected from overvoltage. Can do.
本発明の第5観点に係る過電圧保護回路は、第3観点に係る過電圧保護回路であって、バイパス回路をさらに備えている。バイパス回路は、第2インピーダンス回路を迂回する回路である。また、バイパス回路は、バイパス回路を開閉する第2スイッチを有している。第2スイッチは、通常時はバイパス回路を閉じ、電圧検出器による検出値が所定の閾値を超えたときにバイパス回路を遮断する。 An overvoltage protection circuit according to a fifth aspect of the present invention is the overvoltage protection circuit according to the third aspect, and further includes a bypass circuit. The bypass circuit is a circuit that bypasses the second impedance circuit. The bypass circuit has a second switch that opens and closes the bypass circuit. The second switch normally closes the bypass circuit, and shuts off the bypass circuit when the detection value by the voltage detector exceeds a predetermined threshold value.
この過電圧保護回路では、例えば、第1インピーダンス回路及び第2インピーダンス回路それぞれのインピーダンスをZa及びZbとしたとき、通常時はバイパス回路を閉じているので、インピーダンスZbで電力が消費されることはなく、機器への印加電圧がインピーダンスZbでの電圧降下分だけ低くなることも回避することができる。 In this overvoltage protection circuit, for example, when the impedances of the first impedance circuit and the second impedance circuit are Za and Zb, the bypass circuit is normally closed, so that power is not consumed by the impedance Zb. It is also possible to avoid the voltage applied to the device being lowered by the voltage drop at the impedance Zb.
他方、過電圧時に第2スイッチがバイパス回路を遮断することにより、機器には電源電圧の2つのインピーダンスの比{Za/(Za+Zb)}に応じた電圧しか印加されないので、機器を過電圧から保護することができる。 On the other hand, since the second switch cuts off the bypass circuit at the time of overvoltage, only the voltage according to the ratio of two impedances of power supply voltage {Za / (Za + Zb)} is applied to the device, so that the device is protected from overvoltage. Can do.
本発明の第6観点に係る過電圧保護回路は、第1観点又は第2観点に係る過電圧保護回路であって、電圧検出器と、第3スイッチとをさらに備えている。電圧検出値は、電源の電圧を検出する。第3スイッチは、電源ラインを開閉する。第3スイッチは、通常時は電源ラインを導通状態にし、電圧検出器による検出値が所定の閾値を超えたとき、第2スイッチの動作後に電源ラインを遮断する。 An overvoltage protection circuit according to a sixth aspect of the present invention is the overvoltage protection circuit according to the first aspect or the second aspect, and further includes a voltage detector and a third switch. The voltage detection value detects the voltage of the power supply. The third switch opens and closes the power line. The third switch normally turns on the power line, and shuts off the power line after the operation of the second switch when the value detected by the voltage detector exceeds a predetermined threshold.
この過電圧保護回路では、例えば、第1インピーダンス回路及び第2インピーダンス回路それぞれのインピーダンスをZa及びZbとしたとき、過電圧時にスイッチ及び第2スイッチが動作することによって、機器には電源電圧の2つのインピーダンスの比{Za/(Za+Zb)}に応じた電圧しか印加されないので機器を過電圧から保護することができ、さらに、第3スイッチが動作して電源ラインを遮断することによってインピーダンスZa及びZbでの電力消費を止める。この結果、インピーダンスZa及びZbの過熱を抑制し、電力定格を小さくすることができる。 In this overvoltage protection circuit, for example, when the impedances of the first impedance circuit and the second impedance circuit are Za and Zb, the switch and the second switch operate at the time of overvoltage, so that the device has two impedances of the power supply voltage. Since only a voltage corresponding to the ratio {Za / (Za + Zb)} is applied, the device can be protected from overvoltage, and further, the power at the impedances Za and Zb can be obtained by operating the third switch to cut off the power line. Stop consumption. As a result, overheating of the impedances Za and Zb can be suppressed and the power rating can be reduced.
本発明の第7観点に係る過電圧保護回路は、第3観点から第5観点のいずれか1つに係る過電圧保護回路であって、第3スイッチをさらに備えている。第3スイッチは、電源ラインを開閉する。第3スイッチは、通常時は電源ラインを導通状態にし、電圧検出器による検出値が所定の閾値を超えたとき、第2スイッチの動作後に電源ラインを遮断する。 An overvoltage protection circuit according to a seventh aspect of the present invention is the overvoltage protection circuit according to any one of the third aspect to the fifth aspect, and further includes a third switch. The third switch opens and closes the power line. The third switch normally turns on the power line, and shuts off the power line after the operation of the second switch when the value detected by the voltage detector exceeds a predetermined threshold.
この過電圧保護回路では、例えば、第1インピーダンス回路及び第2インピーダンス回路それぞれのインピーダンスをZa及びZbとしたとき、過電圧時にスイッチ及び第2スイッチが動作することによって、機器には電源電圧の2つのインピーダンスの比{Za/(Za+Zb)}に応じた電圧しか印加されないので機器を過電圧から保護することができ、さらに、第3スイッチが動作して電源ラインを遮断することによってインピーダンスZa及びZbでの電力消費を止める。この結果、インピーダンスZa及びZbの過熱を抑制し、電力定格を小さくすることができる。 In this overvoltage protection circuit, for example, when the impedances of the first impedance circuit and the second impedance circuit are Za and Zb, the switch and the second switch operate at the time of overvoltage, so that the device has two impedances of the power supply voltage. Since only a voltage corresponding to the ratio {Za / (Za + Zb)} is applied, the device can be protected from overvoltage, and further, the power at the impedances Za and Zb can be obtained by operating the third switch to cut off the power line. Stop consumption. As a result, overheating of the impedances Za and Zb can be suppressed and the power rating can be reduced.
本発明の第8観点に係る過電圧保護回路は、第1観点から第7観点のいずれか一つに係る過電圧保護回路であって、電源がAC電源である。 An overvoltage protection circuit according to an eighth aspect of the present invention is the overvoltage protection circuit according to any one of the first to seventh aspects, wherein the power supply is an AC power supply.
この過電圧保護回路では、AC電源からの供給電圧が過大電圧であっても、機器には2つのインピーダンスの比に応じた電圧しか印加されない。それゆえ、短時間の過大電圧からの保護だけのために機器の電圧定格を高く設計する必要がなく、合理的である。 In this overvoltage protection circuit, even if the supply voltage from the AC power supply is an excessive voltage, only a voltage corresponding to the ratio of the two impedances is applied to the device. Therefore, it is not necessary to design the equipment with a high voltage rating only for protection from an excessive voltage for a short time, which is reasonable.
本発明の第9観点に係る過電圧保護回路は、第1観点から第7観点のいずれか一つに係る過電圧保護回路であって、電源がDC電源である。 An overvoltage protection circuit according to a ninth aspect of the present invention is the overvoltage protection circuit according to any one of the first to seventh aspects, wherein the power supply is a DC power supply.
この過電圧保護回路では、交流を入り切りするスイッチは双方向性を必要とするが、DC電源の下流側に配置されるスイッチは片方向スイッチでよいので、スイッチの低コスト化を図ることができる。 In this overvoltage protection circuit, the switch for turning on and off the alternating current needs bidirectionality, but the switch arranged on the downstream side of the DC power supply may be a one-way switch, so that the cost of the switch can be reduced.
本発明の第10観点に係る電力変換装置は、コンバータ回路と、インバータ回路と、第1観点から第9観点のいずれか一つに係る過電圧保護回路とを備えている。コンバータ回路は、交流電源に接続され、交流電圧を直流電圧に変換する。インバータ回路は、直流電圧を交流電圧に変換する。 A power conversion device according to a tenth aspect of the present invention includes a converter circuit, an inverter circuit, and an overvoltage protection circuit according to any one of the first to ninth aspects. The converter circuit is connected to an AC power source and converts an AC voltage into a DC voltage. The inverter circuit converts a DC voltage into an AC voltage.
この電力変換装置では、過電圧保護回路が、コンバータ回路を過渡的に印加される過大交流電圧から保護し、又はインバータ回路を過渡的に印加される過大直流電圧から保護することができる。 In this power converter, the overvoltage protection circuit can protect the converter circuit from excessively applied excessive AC voltage or the inverter circuit from transiently applied excessive DC voltage.
本発明の第1観点に係る過電圧保護装置では、過電圧時に、過電圧導通回路が導通することによって、[電源―過電圧導通回路―第1インピーダンス回路―第2インピーダンス回路―電源]の閉回路が構成される。その結果、機器には、2つのインピーダンス回路のインピーダンスの比に応じた電圧しか印加されないので、機器を過電圧から保護することができる。 In the overvoltage protection device according to the first aspect of the present invention, a closed circuit of [power supply-overvoltage conduction circuit-first impedance circuit-second impedance circuit-power supply] is configured by conducting the overvoltage conduction circuit at the time of overvoltage. The As a result, since only a voltage corresponding to the ratio of the impedances of the two impedance circuits is applied to the device, the device can be protected from overvoltage.
本発明の第2観点に係る過電圧保護回路では、過電圧時に素子が導通することによって、機器には、2つのインピーダンス回路のインピーダンスの比に応じた電圧しか印加されないので、機器を過電圧から保護することができる。 The overvoltage protection circuit according to the second aspect of the present invention protects the device from overvoltage because the device conducts at the time of overvoltage so that only a voltage corresponding to the impedance ratio of the two impedance circuits is applied to the device. Can do.
本発明の第3観点に係る過電圧保護回路では、例えば、第1インピーダンス回路及び第2インピーダンス回路それぞれのインピーダンスをZa及びZbとしたとき、過電圧時にスイッチが電源ラインと第1インピーダンス回路との間を導通させることによって、機器には電源電圧の2つのインピーダンスの比{Za/(Za+Zb)}に応じた電圧しか印加されないので、機器を過電圧から保護することができる。 In the overvoltage protection circuit according to the third aspect of the present invention, for example, when the impedances of the first impedance circuit and the second impedance circuit are Za and Zb, the switch is connected between the power supply line and the first impedance circuit when overvoltage occurs. By conducting the current, only a voltage corresponding to the ratio of two impedances of the power supply voltage {Za / (Za + Zb)} is applied to the device, so that the device can be protected from overvoltage.
本発明の第4観点又は第5観点に係る過電圧保護回路では、例えば、第1インピーダンス回路及び第2インピーダンス回路それぞれのインピーダンスをZa及びZbとしたとき、通常時はバイパス回路を閉じているので、インピーダンスZbで電力が消費されることはなく、機器への印加電圧がインピーダンスZbでの電圧降下分だけ低くなることも回避することができる。 In the overvoltage protection circuit according to the fourth aspect or the fifth aspect of the present invention, for example, when the impedance of each of the first impedance circuit and the second impedance circuit is Za and Zb, the bypass circuit is normally closed. No power is consumed by the impedance Zb, and it can be avoided that the voltage applied to the device is lowered by the voltage drop at the impedance Zb.
他方、過電圧時に第2スイッチがバイパス回路を遮断することにより、機器には電源電圧の2つのインピーダンスの比{Za/(Za+Zb)}に応じた電圧しか印加されないので、機器を過電圧から保護することができる。 On the other hand, since the second switch cuts off the bypass circuit at the time of overvoltage, only the voltage according to the ratio of two impedances of power supply voltage {Za / (Za + Zb)} is applied to the device, so that the device is protected from overvoltage. Can do.
本発明の第6観点又は第7観点に係る過電圧保護回路では、例えば、第1インピーダンス回路及び第2インピーダンス回路それぞれのインピーダンスをZa及びZbとしたとき、過電圧時にスイッチ及び第2スイッチが動作することによって、機器には電源電圧の2つのインピーダンスの比{Za/(Za+Zb)}に応じた電圧しか印加されないので機器を過電圧から保護することができ、さらに、第3スイッチが動作して電源ラインを遮断することによってインピーダンスZa及びZbでの電力消費を止める。この結果、インピーダンスZa及びZbの過熱を抑制し、電力定格を小さくすることができる。 In the overvoltage protection circuit according to the sixth aspect or the seventh aspect of the present invention, for example, when the impedances of the first impedance circuit and the second impedance circuit are Za and Zb, the switch and the second switch operate at the time of overvoltage. Thus, only a voltage corresponding to the ratio of the two impedances of the power supply voltage {Za / (Za + Zb)} is applied to the device, so that the device can be protected from overvoltage, and the third switch operates to By cutting off, power consumption at the impedances Za and Zb is stopped. As a result, overheating of the impedances Za and Zb can be suppressed and the power rating can be reduced.
本発明の第8観点に係る過電圧保護回路では、AC電源からの供給電圧が過大電圧であっても、機器には2つのインピーダンスの比に応じた電圧しか印加されない。それゆえ、短時間の過大電圧からの保護だけのために機器の電圧定格を高く設計する必要がなく、合理的である。 In the overvoltage protection circuit according to the eighth aspect of the present invention, even if the supply voltage from the AC power supply is an excessive voltage, only a voltage corresponding to the ratio of the two impedances is applied to the device. Therefore, it is not necessary to design the equipment with a high voltage rating only for protection from an excessive voltage for a short time, which is reasonable.
本発明の第9観点に係る過電圧保護回路では、交流を入り切りするスイッチは双方向性を必要とするが、DC電源の下流側に配置されるスイッチは片方向スイッチでよいので、スイッチの低コスト化を図ることができる。 In the overvoltage protection circuit according to the ninth aspect of the present invention, the switch for turning on and off the alternating current needs bidirectionality, but the switch arranged on the downstream side of the DC power supply may be a one-way switch, so the cost of the switch is low. Can be achieved.
本発明の第10観点に係る電力変換装置では、過電圧保護回路が、コンバータ回路を過渡的に印加される過大交流電圧から保護し、又はインバータ回路を過渡的に印加される過大直流電圧から保護することができる。 In the power conversion device according to the tenth aspect of the present invention, the overvoltage protection circuit protects the converter circuit from an excessive AC voltage applied transiently or protects the inverter circuit from an excessive DC voltage applied transiently. be able to.
以下、図面を参照しながら、本発明の実施形態について説明する。なお、以下の実施形態は、本発明の具体例であって、本発明の技術的範囲を限定するものではない。 Hereinafter, embodiments of the present invention will be described with reference to the drawings. The following embodiments are specific examples of the present invention and do not limit the technical scope of the present invention.
<第1実施形態>
(1)過電圧保護回路50の構成
図1は、本発明の第1実施形態に係る過電圧保護回路50を備えた装置の回路図である。図1において、機器30は、商用電源90から一対の電源ライン901,902を介して電力供給されている。過電圧保護回路50は、商用電源90と機器30との間に接続されている。
<First Embodiment>
(1) Configuration of
過電圧保護回路50は、過電圧導通回路10と、第1インピーダンス回路21と、第2インピーダンス回路22とを含んでいる。
The
(2)過電圧保護回路50の詳細構成
(2−1)過電圧導通回路10
過電圧導通回路10は、過電圧時に電流を流す素子で構成されている。過電圧時に電流を流す素子としては、過渡電圧サプレッサ、ツェナダイオード、サージアブソーバ、及びアバランシェダイオードのいずれかが採用される。
(2) Detailed configuration of overvoltage protection circuit 50 (2-1)
The
本実施形態では、過電圧導通回路10は、一つのサージアブソーバで構成されている。サージアブソーバは、電圧依存性を持つ素子であり、通常の状態では高い抵抗を有しているが、印加される電圧が所定電圧を越えたときに抵抗を急激に低下させることによって電圧の制限を行うことができる。サージアブソーバの具体的な素子としては、アレスタや放電管などがあげられるが、これらに限定するものではない。
In the present embodiment, the
過電圧導通回路10は、一対の電源ライン901,902間に機器30と並列に接続されている。なお、商用電源90が多相電源のときに各相間の過電圧保護を行う場合は各相分の電源ライン間に、過電圧導通回路10が接続される。
The
(2−2)第1インピーダンス回路21
第1インピーダンス回路21は、当該回路における電圧と電流との比であるインピーダンスがZaとなるように構成された回路である。
(2-2)
The
第1インピーダンス回路21は、一対の電源ライン901,902間に機器30と並列に、且つ過電圧導通回路10と直列に接続されている。
The
(2−3)第2インピーダンス回路22
第2インピーダンス回路22は、当該回路における電圧と電流との比であるインピーダンスがZbとなるように構成された回路である。
(2-3)
The
第2インピーダンス回路22は、電源ライン902上で、商用電源90と第1インピーダンス回路21との間に接続されている。
The
(3)過電圧保護回路50の動作
説明の便宜上、商用電源90の電圧をVac、機器30に印加される電圧をVa、第2インピーダンス回路22の両端にかかる電圧をVbとする。
(3) Operation of
図1において、通常時、過電圧導通回路10のサージアブソーバは導通していないので、機器30には電圧Va=Vac−Vbが印加されている。
In FIG. 1, since the surge absorber of the
商用電源90の電圧Vacが急激に変動して過電圧となり、電圧Vaがサージアブソーバの動作開始電圧を超えると、過電圧導通回路10のサージアブソーバが導通して、商用電源90―過電圧導通回路10―第1インピーダンス回路21―第2インピーダンス回路22―商用電源90という閉回路が構成される。このとき、機器30には電圧Vacの2つのインピーダンスの比に応じた電圧Va=Vac×Za/(Za+Zb)しか印加されない。その結果、機器30が過電圧から保護される。
When the voltage Vac of the
(4)第1実施形態の特徴
(4−1)
過電圧保護回路50では、過電圧時に過電圧導通回路10のサージアブソーバが導通することによって、機器30には第1インピーダンス回路21と第2インピーダンス回路22のインピーダンスの比に応じた電圧しか印加されないので、機器30が過電圧から保護される。
(4) Features of the first embodiment (4-1)
In the
(4−2)
商用電源90からの供給電圧が過大電圧であっても、機器30には2つのインピーダンスの比に応じた電圧しか印加されない。それゆえ、短時間の過大電圧からの保護だけのために機器30の電圧定格を高く設計する必要がなく、合理的である。
(4-2)
Even if the supply voltage from the
<第2実施形態>
(1)過電圧保護回路50の構成
図2は、本発明の第2実施形態に係る過電圧保護回路50を備えた装置の回路図である。図2において、機器30は、商用電源90から一対の電源ライン901,902を介して電力供給されている。過電圧保護回路50は、商用電源90と機器30との間に接続されている。
Second Embodiment
(1) Configuration of
過電圧保護回路50は、過電圧導通回路10と、第1インピーダンス回路21と、第2インピーダンス回路22と、電圧検出器33とを含んでいる。
The
(2)過電圧保護回路50の詳細構成
(2−1)過電圧導通回路10
過電圧導通回路10は、第1実施形態におけるサージアブソーバに替わってスイッチ11が採用されている。図2に示すように、スイッチ11は、フォトトライアックカプラで構成され、入力側(A1−A2間)に発光ダイオード11aが設けられ、出力側(B1−B2間)にフォトトライアック11bが設けられている。フォトトライアック11bの等価回路は、2つのフォトサイリスタ111,112を互いに逆方向に並列接続した構成である。
(2) Detailed configuration of overvoltage protection circuit 50 (2-1)
The
発光ダイオード11aのアノードA1は抵抗R1を介して電源Vcに接続されている。また、発光ダイオード11aのカソードA2は信号線を介して制御部40に接続されている。
The anode A1 of the
フォトトライアック11bの第1アノードB1は電源ライン901に接続されている。また、フォトトライアック11bの第2アノードB2は第1インピーダンス回路21に接続されている。
The first anode B1 of the
発光ダイオード11aは電流が流れると発光する。フォトトライアック11bは、第1アノードB1の電位が第2アノードB2の電位より大きい状態で発光ダイオード11aからの光を受けるとフォトサイリスタ111がオン状態になる。他方、第1アノードB1の電位が第2アノードB2の電位より小さい状態で発光ダイオード11aからの光を受けるとフォトサイリスタ112がオン状態になる。
The
このように、フォトトライアック11bは双方向の印加電圧に対して動作する双方向素子であり、しかも高速で動作するので、双方向の高速スイッチとして利用される。
As described above, the
なお、双方向の高速スイッチとしては、フォトトライアックだけに限定されるものではなく、通常のトライアックや双方向に導通させるように接続したMOSFETなどを採用してもよい。別の形態の高速スイッチを用いる場合には、そのスイッチの形態に応じた駆動回路が適宜使用される。 Note that the bidirectional high-speed switch is not limited to the phototriac, but may be a normal triac or a MOSFET connected so as to conduct in both directions. When another form of high-speed switch is used, a drive circuit corresponding to the form of the switch is appropriately used.
過電圧導通回路10は、一対の電源ライン901,902間に機器30と並列に接続されている。なお、商用電源90が多相電源のときに各相間の過電圧保護を行う場合は、各相分の電源ライン間に過電圧導通回路10が接続される。
The
また、スイッチ11の動作制御、つまり発光ダイオード11aへの通電制御は制御部40が行う。
Further, the
(2−2)第1インピーダンス回路21
第1インピーダンス回路21は、当該回路における電圧と電流との比であるインピーダンスがZaとなるように構成された回路である。
(2-2)
The
第1インピーダンス回路21は、一対の電源ライン901,902間に機器30と並列に、且つ過電圧導通回路10と直列に接続されている。
The
(2−3)第2インピーダンス回路22
第2インピーダンス回路22は、当該回路における電圧と電流との比であるインピーダンスがZbとなるように構成された回路である。
(2-3)
The
第2インピーダンス回路22は、電源ライン902上で、商用電源90と第1インピーダンス回路21との間に接続されている。
The
(2−4)電圧検出器33
電圧検出器33は、交流電圧検出回路によって構成されている。交流電圧検出回路は、多様であり、使用条件によって適宜採用される。例えば、図3は一般的な電圧検出器33の回路図である。図3において、電圧検出器33は、変圧回路331、コンバータ回路332とで構成されている。
(2-4)
The
変圧回路331は、入力側に位置し、一次側巻線331aと二次側巻線331bとからなる。
The
コンバータ回路332は、整流ダイオードで構成される整流部332aと、平滑コンデンサ332bとが並列接続された回路である。
The
電圧検出器33では、変圧回路331に交流電圧が印加されると、交流電圧は変圧回路331によって変圧される。そして、二次側巻線331bの両端電圧がコンバータ回路332に入力される。
In the
コンバータ回路332に入力された変圧後の交流電圧は、整流部332aで直流電圧に変換され、平滑コンデンサ332bで平滑化される。この平滑化された直流電圧が制御部40に入力される。すなわち、一次側巻線331aに印加される電圧に応じた直流電圧が、制御部40に入力されることになる。
The transformed AC voltage input to the
(3)過電圧保護回路50の動作
説明の便宜上、商用電源90の電圧をVac、機器30に印加される電圧をVa、第2インピーダンス回路22の両端にかかる電圧をVbとする。
(3) Operation of
図2において、通常時、過電圧導通回路10のスイッチ11はオフしているので、機器30には電圧Va=Vac−Vbが印加されている。
In FIG. 2, since the
商用電源90の電圧Vacが急激に増加し、制御部40が電圧検出器33から出力される電圧が閾値を超えたと判定したとき、制御部40はスイッチ11の発光ダイオード11aに通電する。これによって、フォトトライアック11bがオンし、商用電源90―過電圧導通回路10―第1インピーダンス回路21―第2インピーダンス回路22―商用電源90という閉回路が構成される。このとき、機器30には電圧Vacの2つのインピーダンスの比に応じた電圧Va=Vac×Za/(Za+Zb)しか印加されない。その結果、機器30が過電圧から保護される。なお、機器30を保護するため、スイッチ11には高速動作が求められる。
When the voltage Vac of the
商用電源90の電圧Vacが下がり、電圧検出器33から出力される電圧が復帰のための閾値よりも下がったと制御部40が判定したとき、制御部40はスイッチ11の発光ダイオード11aの通電をオフする。これによって、フォトトライアック11bはオフし、通常の動作に復帰する。
When the
(4)第2実施形態の特徴
(4−1)
過電圧保護回路50では、過電圧時に過電圧導通回路10のスイッチ11がオンすることによって、機器30には第1インピーダンス回路21と第2インピーダンス回路22のインピーダンスの比に応じた電圧しか印加されないので、機器30が過電圧から保護される。
(4) Features of the second embodiment (4-1)
In the
(4−2)
商用電源90からの供給電圧が過大電圧であっても、機器30には2つのインピーダンスの比に応じた電圧しか印加されない。それゆえ、短時間の過大電圧からの保護だけのために機器30の電圧定格を高く設計する必要がなく、合理的である。
(4-2)
Even if the supply voltage from the
<第3実施形態>
(1)過電圧保護回路50の構成
図4は、本発明の第3実施形態に係る過電圧保護回路50を備えた装置の回路図である。図4において、機器30は、商用電源90から一対の電源ライン901,902を介して電力供給されている。過電圧保護回路50は、商用電源90と機器30との間に接続されている。
<Third Embodiment>
(1) Configuration of
過電圧保護回路50は、過電圧導通回路10と、第1インピーダンス回路21と、第2インピーダンス回路22と、電圧検出器33、バイパス回路35とを含んでいる。
The
(2)過電圧保護回路50の詳細構成
第3実施形態は、第2実施形態にバイパス回路35が追加された形態であり、過電圧導通回路10、第1インピーダンス回路21、第2インピーダンス回路22、及び電圧検出器33については同様のものを採用している。したがって、ここではバイパス回路35についてのみを説明する。
(2) Detailed Configuration of
(2−1)バイパス回路35
バイパス回路35は、第2インピーダンス回路22に並列接続されており、第2インピーダンス回路22を迂回する回路である。バイパス回路35は、第2スイッチ12を有している。第2スイッチ12は、バイパス回路35を開閉する。ここで、バイパス回路35を開閉するとは、バイパス回路35を導通又は遮断して非導通にすることである。
(2-1)
The
(2−2)第2スイッチ12
第2スイッチ12は、通常時はバイパス回路35を閉、つまり導通状態にしておく。なぜなら、通常時にバイパス回路35を開(非導通状態)にしておくと、第2インピーダンス回路22が常に接続された状態となって常に電力消費される上に、機器30への印加電圧が第2インピーダンス回路22のインピーダンスZbの電圧降下分だけ低くなるからである。
(2-2)
The
他方、過電圧時は機器30を保護するためにバイパス回路35を素早く開にして第2インピーダンス回路22を接続し、商用電源90―過電圧導通回路10―第1インピーダンス回路21―第2インピーダンス回路22―商用電源90という閉回路を構成する必要がある。そのため、第2スイッチ12には、高速動作が求められる。
On the other hand, in order to protect the
第2スイッチ12としては、トライアック、双方向に導通させるように接続したMOSFETなどが採用される。本実施形態では、スイッチ11と同じくフォトトライアックカプラが採用されている。
As the
図4に示すように、第2スイッチ12は、入力側(C1−C2間)に発光ダイオード12aが設けられ、出力側(D1−D2間)にフォトトライアック12bが設けられている。フォトトライアック12bの等価回路は、2つのフォトサイリスタ121,122を互いに逆方向に並列接続した構成である。
As shown in FIG. 4, the
発光ダイオード12aのアノードC1は抵抗R2を介して電源Vcに接続されている。また、発光ダイオード12aのカソードC2は信号線を介して制御部40に接続されている。
The anode C1 of the
フォトトライアック12bの第1アノードD1は、電源ライン902のうちの第2インピーダンス回路22と機器30との間に接続されている。また、フォトトライアック12bの第2アノードD2は電源ライン902にうちの第2インピーダンス回路22と商用電源90との間に接続されている。
The first anode D1 of the
発光ダイオード12a及びフォトトライアック12bのフォトサイリスタ121,122の動作原理は、スイッチ11における発光ダイオード11a及びフォトトライアック11bのフォトサイリスタ111,112の動作原理と同じであるので、ここでは動作説明を省略する。
The operating principle of the
(3)過電圧保護回路50の動作
図4において、通常時、過電圧導通回路10のスイッチ11はオフし、バイパス回路35は第2スイッチ12が閉じて導通状態であるので、機器30には電圧Va=Vacが印加されている。
(3) Operation of
商用電源90の電圧Vacが急激に増加し、制御部40が電圧検出器33から出力される電圧が閾値を超えたと判定したとき、制御部40はスイッチ11の発光ダイオード11aに通電して、フォトトライアック11bをオンさせる。同時に制御部40は、第2スイッチ12の発光ダイオード12aへの通電を停止し、フォトトライアック12bをオフさせる。
When the voltage Vac of the
その結果、商用電源90―過電圧導通回路10―第1インピーダンス回路21―第2インピーダンス回路22―商用電源90という閉回路が構成される。このとき、機器30には電圧Vacの2つのインピーダンスの比に応じた電圧Va=Vac×Za/(Za+Zb)しか印加されない。その結果、機器30が過電圧から保護される。
As a result, a closed circuit of commercial power supply 90-overvoltage conduction circuit 10-first impedance circuit 21-second impedance circuit 22-
商用電源90の電圧Vacが下がり、電圧検出器33から出力される電圧が復帰のための閾値よりも下がったと制御部40が判定したとき、制御部40はスイッチ11の発光ダイオード11aの通電をオフし、フォトトライアック11bをオフさせる。同時に制御部40は、第2スイッチ12の発光ダイオード12aへ通電し、フォトトライアック12bをオンさせる。これにより、通常の動作に復帰する。
When the
(4)第3実施形態の特徴
(4−1)
過電圧保護回路50では、通常時は第2スイッチ12をオンにしてバイパス回路35を閉じているので、第2インピーダンス回路22で電力が消費されることはなく、機器30への印加電圧が第2インピーダンス回路22での電圧降下分だけ低くなることも回避することができる。
(4) Features of the third embodiment (4-1)
In the
(4−2)
また、過電圧時には、過電圧導通回路10のスイッチ11がオンし、第2スイッチ12がオフすることによって、機器30には第1インピーダンス回路21と第2インピーダンス回路22のインピーダンスの比に応じた電圧しか印加されないので、機器30が過電圧から保護される。
(4-2)
In addition, when overvoltage occurs, the
(4−3)
商用電源90からの供給電圧が過大電圧であっても、機器30には2つのインピーダンスの比に応じた電圧しか印加されない。それゆえ、短時間の過大電圧からの保護だけのために機器30の電圧定格を高く設計する必要がなく、合理的である。
(4-3)
Even if the supply voltage from the
<第4実施形態>
(1)過電圧保護回路50の構成
図5は、本発明の第4実施形態に係る過電圧保護回路50を備えた装置の回路図である。図5において、機器30は、商用電源90から一対の電源ライン901,902を介して電力供給されている。過電圧保護回路50は、商用電源90と機器30との間に接続されている。
<Fourth embodiment>
(1) Configuration of
過電圧保護回路50は、過電圧導通回路10と、第1インピーダンス回路21と、第2インピーダンス回路22と、電圧検出器33、バイパス回路35と、第3スイッチ13とを含んでいる。
The
(2)過電圧保護回路50の詳細構成
第4実施形態は、第3実施形態に第3スイッチ13が追加された形態であり、過電圧導通回路10、第1インピーダンス回路21、第2インピーダンス回路22、電圧検出器33、及びバイパス回路35については同様のものを採用している。したがって、ここでは第3スイッチ13についてのみを説明する。
(2) Detailed Configuration of
(2−1)第3スイッチ13
第3スイッチ13は、電源ライン901を開閉する。ここで、電源ライン901を開閉するとは、電源ライン901を導通又は遮断して非導通にすることである。
(2-1)
The
第3スイッチ13は、通常時は電源ライン901を閉、つまり導通状態にしておく。他方、過電圧時には、スイッチ11がオンし、第2スイッチ12がオフして、商用電源90―過電圧導通回路10―第1インピーダンス回路21―第2インピーダンス回路22―商用電源90という閉回路が構成され、機器30の保護動作が行われた後に、第3スイッチ13がオフして電源ライン901を遮断する。
The
電源ライン901を遮断する目的は、第1インピーダンス回路21及び第2インピーダンス回路22での電力消費を止めるためであり、第1インピーダンス回路21及び第2インピーダンス回路22の過熱を抑制することができるので、電力定格を小さくすることができ、低コスト化を図ることができる。
The purpose of cutting off the
第3スイッチ13は、スイッチ11及び第2スイッチ12のような高速性は求められないので、本実施形態ではリレー回路が採用されている。
Since the
図5に示すように、第3スイッチ13は、電源ライン901を開閉するリレー接点13aと、リレー接点13aを動作させるリレーコイル13bと、リレーコイル13bへの通電と非通電とを行うトランジスタ13cとを含んでいる。リレーコイル13bの一端は、電源Vbの正極に接続され、他端はトランジスタ13cのコレクタ側に接続されている。制御部40は、トランジスタ13cのベース電流の有無を切り換えて、コレクタとエミッタ間をオンオフし、リレーコイル13bへの通電と非通電を行う。
As shown in FIG. 5, the
(3)過電圧保護回路50の動作
図5において、通常時、過電圧導通回路10のスイッチ11はオフし、バイパス回路35は第2スイッチ12が閉じて導通状態であり、且つ第3スイッチ13は電源ライン901を導通状態にしているので、機器30には電圧Va=Vacが印加されている。
(3) Operation of
商用電源90の電圧Vacが急激に増加し、制御部40が電圧検出器33から出力される電圧が閾値を超えたと判定したとき、制御部40はスイッチ11の発光ダイオード11aに通電して、フォトトライアック11bをオンさせる。同時に制御部40は、第2スイッチ12の発光ダイオード12aへの通電を停止し、フォトトライアック12bをオフさせる。
When the voltage Vac of the
その結果、商用電源90―過電圧導通回路10―第1インピーダンス回路21―第2インピーダンス回路22―商用電源90という閉回路が構成される。このとき、機器30には電圧Vacの2つのインピーダンスの比に応じた電圧Va=Vac×Za/(Za+Zb)しか印加されない。その結果、機器30が過電圧から保護される。
As a result, a closed circuit of commercial power supply 90-overvoltage conduction circuit 10-first impedance circuit 21-second impedance circuit 22-
その後、過電圧状態が続いている場合には、第3スイッチ13が電源ライン901を遮断して、第1インピーダンス回路21及び第2インピーダンス回路22での電力消費を止める。
Thereafter, when the overvoltage state continues, the
商用電源90の電圧Vacが下がり、電圧検出器33から出力される電圧が復帰のための閾値よりも下がったと制御部40が判定したとき、制御部40はスイッチ11の発光ダイオード11aの通電をオフし、フォトトライアック11bをオフさせる。同時に制御部40は、第2スイッチ12の発光ダイオード12aへ通電し、フォトトライアック12bをオンさせる。さらに、第3スイッチ13をオンさせて電源ライン901を接続することで、通常の動作に復帰する。
When the
(4)第4実施形態の特徴
(4−1)
過電圧保護回路50では、通常時は第2スイッチ12をオンにしてバイパス回路35を閉じているので、第2インピーダンス回路22で電力が消費されることはなく、機器30への印加電圧が第2インピーダンス回路22での電圧降下分だけ低くなることも回避することができる。
(4) Features of the fourth embodiment (4-1)
In the
(4−2)
また、過電圧時には、過電圧導通回路10のスイッチ11がオンし、第2スイッチ12がオフすることによって、機器30には第1インピーダンス回路21と第2インピーダンス回路22のインピーダンスの比に応じた電圧しか印加されないので、機器30が過電圧から保護される。
(4-2)
In addition, when overvoltage occurs, the
(4−3)
さらに、第3スイッチ13が電源ライン901を遮断することによって第1インピーダンス回路21及び第2インピーダンス回路22での電力消費を止める。この結果、第1インピーダンス回路21及び第2インピーダンス回路22の過熱を抑制し、電力定格を小さくすることができる。
(4-3)
Further, the
(4−4)
商用電源90からの供給電圧が過大電圧であっても、機器30には2つのインピーダンスの比に応じた電圧しか印加されない。それゆえ、短時間の過大電圧からの保護だけのために機器30の電圧定格を高く設計する必要がなく、合理的である。
(4-4)
Even if the supply voltage from the
<第5実施形態>
(1)電力変換装置200の構成
図6は、本発明の第5実施形態に係る過電圧保護回路100を備えた電力変換装置200の回路図である。図6において、電力変換装置200は、直流電源部80、インバータ95、過電圧保護回路100で構成されている。
<Fifth Embodiment>
(1) Configuration of
インバータ95は、直流電源部80から一対の電源ライン801,802を介して電力供給されている。過電圧保護回路100は、直流電源部80とインバータ95との間に接続されている。
The
(1−1)直流電源部80
直流電源部80は、整流部81と、整流部81と並列接続される平滑コンデンサ82とで構成されている。
(1-1) DC
The DC
整流部81は、4つのダイオードD1a,D1b,D2a,D2bによってブリッジ状に構成されている。具体的には、ダイオードD1aとD1b、D2aとD2bは、それぞれ互いに直列に接続されている。ダイオードD1a,D2aの各カソード端子は、共に平滑コンデンサ82のプラス側端子に接続されており、整流部81の正側出力端子として機能する。ダイオードD1b,D2bの各ダイオードの各アノード端子は、共に平滑コンデンサ82のマイナス側端子に接続されており、整流部81の負側出力端子として機能する。
The rectifying
ダイオードD1a及びダイオードD1bの接続点は、商用電源90の一方の極に接続されている。ダイオードD2a及びダイオードD2bの接続点は、商用電源90の他方の極に接続されている。整流部81は、商用電源90から出力される交流電圧を整流して直流電圧を生成し、これを平滑コンデンサ82へ供給する。
A connection point between the diode D1a and the diode D1b is connected to one pole of the
平滑コンデンサ82は、整流部81によって整流された電圧を平滑する。平滑後の電圧Vdcは、平滑コンデンサ82の出力側に接続されるインバータ95へ印加される。
The smoothing
なお、コンデンサの種類としては、電解コンデンサやフィルムコンデンサ、タンタルコンデンサ等が挙げられるが、本実施形態においては、平滑コンデンサ82として電解コンデンサが採用される。
In addition, as a kind of capacitor | condenser, although an electrolytic capacitor, a film capacitor, a tantalum capacitor etc. are mentioned, in this embodiment, an electrolytic capacitor is employ | adopted as the smoothing
この直流電源部80は、交流電圧を直流電圧に変換するコンバータ回路と言い換えることもできる。
The DC
(1−2)インバータ95
インバータ95は、複数のIGBT(絶縁ゲート型バイポーラトランジスタ、以下、単にトランジスタという)及び複数の還流用ダイオードを含んでいる。インバータ95は、平滑コンデンサ82からの電圧Vdcが印加され、かつゲート駆動回路96により指示されたタイミングで各トランジスタがオン及びオフを行うことによって、モータ150を駆動する駆動電圧を生成する。モータ150は、例えばヒートポンプ式空気調和機の圧縮機モータ、ファンモータである。
(1-2)
The
なお、本実施形態のインバータ95は、電圧形インバータであるが、それに限定されるものではなく、電流形インバータでもよい。
In addition, although the
(1−3)ゲート駆動回路96
ゲート駆動回路96は、制御部40からの指令に基づき、インバータ95の各トランジスタのオン及びオフの状態を変化させる。
(1-3)
The
(1−4)過電圧保護回路100
過電圧保護回路100は、過電圧導通回路60と、第1インピーダンス回路71と、第2インピーダンス回路72と、電圧検出器83、バイパス回路85と、第3スイッチ63とを含んでいる。
(1-4)
The
(2)過電圧保護回路100の詳細構成
第5実施形態と、既に説明した第1から第4までの実施形態と大きく異なる点は、過電圧保護回路100が直流部に設けられていることである。したがって、各構成要素も交流仕様から直流仕様に置き換えられることに鑑みて、同一名称であっても符号を換えて、再度説明する。
(2) Detailed Configuration of
(2−1)過電圧導通回路60
過電圧導通回路60は、第4実施形態におけるスイッチ11に替わってスイッチ61が採用されている。
(2-1)
The
図6に示すように、スイッチ61は、フォトカプラ61aと、駆動回路61bと、トランジスタ61cとで構成されている。フォトカプラ61aは、発光ダイオード611とフォトトランジスタ612を内蔵している。
As shown in FIG. 6, the
スイッチ61の入力側(E1−E2間)にはフォトカプラ61aの発光ダイオード611が接続されている。発光ダイオード611のアノードE1は抵抗R1を介して電源Vcに接続されている。発光ダイオード611のカソードE2は信号線を介して制御部40に接続されている。また、フォトトランジスタ612は駆動回路61bとGNDとの間に接続されている。
The
スイッチ61の出力側(F1−F2間)にトランジスタ61cが設けられている。トランジスタ61cのコレクタF1は電源ライン801に接続されている。また、トランジスタ61cのエミッタF2は第1インピーダンス回路71に接続されている。
A
制御部40の制御信号は、フォトカプラ61aを介して駆動回路61bに入力される。駆動回路61bには、駆動用電源(図示せず)が接続されており、制御部40が発光ダイオード611の信号ラインをオンさせると、発光ダイオード611が発光しフォトトランジスタ612が導通する。このフォトトランジスタ612が導通している間、駆動回路61bからトランジスタ61cのベースに駆動信号が出力され、トランジスタ61cのコレクタF1−エミッタF2間が導通する。
The control signal of the
逆に、制御部40が発光ダイオード611の信号ラインをオフさせると、発光ダイオード611が発光しないので、フォトトランジスタ612は導通しない。このフォトトランジスタ612が導通していない間、トランジスタ61cのコレクタF1−エミッタF2間も導通しない。
Conversely, when the
このように、直流回路を開閉するときは片方向スイッチでよいので、交流回路を開閉する場合の双方向性は必要とせず、コストメリットがある。なお片方向スイッチの構成は本実施形態に限定するものではないが、半導体スイッチのように高速にスイッチ動作を行なうことができるのが望ましい。 As described above, when the DC circuit is opened and closed, a one-way switch may be used. Therefore, bidirectionality when the AC circuit is opened and closed is not required, and there is a cost merit. The configuration of the one-way switch is not limited to this embodiment, but it is desirable that the switch operation can be performed at high speed like a semiconductor switch.
過電圧導通回路60は、一対の電源ライン801,802間に機器30と並列に接続されている。
The
(2−2)第1インピーダンス回路71
第1インピーダンス回路71は、当該回路における電圧と電流との比であるインピーダンスがZaとなるように構成された回路である。一般に抵抗素子が採用される。
(2-2)
The
第1インピーダンス回路71は、一対の電源ライン801,802間にインバータ95と並列に、且つ過電圧導通回路60と直列に接続されている。
The
(2−3)第2インピーダンス回路72
第2インピーダンス回路72は、当該回路における電圧と電流との比であるインピーダンスがZbとなるように構成された回路である。一般に抵抗素子が採用される。
(2-3)
The
第2インピーダンス回路72は、電源ライン802上で、直流電源部80と第1インピーダンス回路71との間に接続されている。
The
(2−4)電圧検出器83
電圧検出器83は、平滑コンデンサ82の出力側に接続されており、平滑コンデンサ82の両端電圧、即ち平滑後の電圧Vdcの値を検出する。電圧検出器83は、例えば、互いに直列に接続された2つの抵抗が平滑コンデンサ82に並列接続され、電圧Vdcが分圧されるように構成される。それら2つの抵抗同士の接続点の電圧値は、制御部40に入力される。
(2-4)
The
(2−5)バイパス回路85
バイパス回路85は、第2インピーダンス回路72に並列接続されており、第2インピーダンス回路72を迂回する回路である。バイパス回路85は、第2スイッチ62を有している。第2スイッチ62は、バイパス回路85を開閉する。ここで、バイパス回路85を開閉するとは、バイパス回路35を導通又は遮断して非導通にすることである。
(2-5)
The
(2−6)第2スイッチ62
第2スイッチ62は、通常時はバイパス回路85を閉、つまり導通状態にしておく。なぜなら、通常時にバイパス回路85を開(非導通状態)にしておくと、第2インピーダンス回路72で常に電力消費される上に、インバータ95への印加電圧が第2インピーダンス回路72のインピーダンスZbの電圧降下分だけ低くなるからである。
(2-6)
The
他方、過電圧時はインバータ95を保護するためにバイパス回路85を素早く開にして、直流電源部80―過電圧導通回路60―第1インピーダンス回路71―第2インピーダンス回路72―直流電源部80という閉回路を構成する必要がある。そのため、第2スイッチ62には、高速動作が求められる。本実施形態では、スイッチ61と同じスイッチが採用されている。なお、スイッチは本実施形態に限定されない。
On the other hand, in order to protect the
図6に示すように、第2スイッチ62は、入力側(G1−G2間)にフォトカプラ62aの発光ダイオード621が設けられ、出力側(H1−H2間)にトランジスタ62cが設けられている。発光ダイオード621のアノードG1は抵抗R2を介して電源Vcに接続されている。また、発光ダイオード621のカソードG2は信号線を介して制御部40に接続されている。
As shown in FIG. 6, in the
トランジスタ62cのコレクタH1は、電源ライン802のうちの第2インピーダンス回路72とインバータ95との間に接続されている。また、トランジスタ62cのエミッタH2は電源ライン802にうちの第2インピーダンス回路72と直流電源部80との間に接続されている。
The collector H1 of the
第2スイッチ62の動作原理は、スイッチ61の動作原理と同じであるので、ここでは動作説明を省略する。
Since the operation principle of the
(2−7)第3スイッチ63
第3スイッチ63は、電源ライン801を開閉する。ここで、電源ライン801を開閉するとは、電源ライン801を導通又は遮断して非導通にすることである。
(2-7)
The
第3スイッチ63は、通常時は電源ライン801を閉、つまり導通状態にしておく。他方、過電圧時には、スイッチ61がオンし、第2スイッチ62がオフして、直流電源部80―過電圧導通回路60―第1インピーダンス回路71―第2インピーダンス回路72―直流電源部80という閉回路が構成され、インバータ95の保護動作が行われた後に、第3スイッチ63がオフして電源ライン801を遮断する。
The
電源ライン801を遮断する目的は、第1インピーダンス回路71及び第2インピーダンス回路72での電力消費を止めるためであり、第1インピーダンス回路71及び第2インピーダンス回路72の過熱を抑制することができるので、電力定格を小さくすることができ、低コスト化を図ることができる。
The purpose of cutting off the
第3スイッチ63は、スイッチ61及び第2スイッチ62のような高速性は求められないので、本実施形態ではリレー回路が採用されている。
Since the
図6に示すように、第3スイッチ63は、電源ライン801を開閉するリレー接点63aと、リレー接点63aを動作させるリレーコイル63bと、リレーコイル63bへの通電と非通電とを行うトランジスタ63cとを含んでいる。リレーコイル63bの一端は、電源Vbの正極に接続され、他端はトランジスタ63cのコレクタ側に接続されている。制御部40は、トランジスタ63cのベース電流の有無を切り換えて、コレクタとエミッタ間をオンオフし、リレーコイル63bへの通電と非通電を行う。
As shown in FIG. 6, the
(3)過電圧保護回路50の動作
図6において、通常時、過電圧導通回路60のスイッチ61はオフし、バイパス回路85は第2スイッチ62が閉じて導通状態であり、且つ第3スイッチ63は電源ライン801を導通状態にしているので、インバータ95には電圧Va=Vdcが印加されている。
(3) Operation of
直流電源部80の電圧Vdcが急激に増加し、制御部40が電圧検出器83から出力される電圧が閾値を超えたと判定したとき、制御部40はスイッチ61の発光ダイオード611に通電して、トランジスタ61cをオンさせる。同時に制御部40は、第2スイッチ62の発光ダイオード621への通電を停止し、トランジスタ62cをオフさせる。
When the voltage Vdc of the DC
その結果、直流電源部80―過電圧導通回路60―第1インピーダンス回路71―第2インピーダンス回路72―直流電源部80という閉回路が構成される。このとき、インバータ95には電圧Vdcの2つのインピーダンスの比に応じた電圧Va=Vdc×Za/(Za+Zb)しか印加されない。その結果、インバータ95が過電圧から保護される。
As a result, a closed circuit of the DC power supply unit 80-overvoltage conduction circuit 60-first impedance circuit 71-second impedance circuit 72-DC
その後、過電圧状態が続いている場合には、第3スイッチ63が電源ライン801を遮断して、第1インピーダンス回路71及び第2インピーダンス回路72での電力消費を止める。
Thereafter, when the overvoltage state continues, the
商用電源90の電圧Vac及び直流電源部80の電圧Vdcが下がり、電圧検出器83から出力される電圧が復帰のための閾値よりも下がったと制御部40が判定したとき、制御部40はスイッチ61の発光ダイオード611の通電をオフし、トランジスタ61cをオフさせる。同時に制御部40は、第2スイッチ62の発光ダイオード621へ通電し、トランジスタ62cをオンさせる。さらに、第3スイッチ63をオンさせて電源ライン801を接続することで、通常の動作に復帰する。
When the
(4)第5実施形態の特徴
(4−1)
過電圧保護回路100では、通常時は第2スイッチ62をオンにしてバイパス回路85を閉じているので、第2インピーダンス回路72で電力が消費されることはなく、インバータ95への印加電圧が第2インピーダンス回路72での電圧降下分だけ低くなることも回避することができる。
(4) Features of the fifth embodiment (4-1)
In the
(4−2)
また、過電圧時には、過電圧導通回路60のスイッチ61がオンし、第2スイッチ62がオフすることによって、インバータ95には第1インピーダンス回路71と第2インピーダンス回路72のインピーダンスの比に応じた電圧しか印加されないので、インバータ95が過電圧から保護される。
(4-2)
In addition, when overvoltage occurs, the
(4−3)
また、第3スイッチ63が電源ライン801を遮断することによって第1インピーダンス回路71及び第2インピーダンス回路72での電力消費を止める。この結果、第1インピーダンス回路71及び第2インピーダンス回路72の過熱を抑制し、電力定格を小さくすることができる。
(4-3)
Further, the
(4−4)
さらに、直流電源部80の下流側に配置されるスイッチ61、第2スイッチ62は片方向スイッチでよいので、スイッチの低コスト化を図ることができる。
(4-4)
Furthermore, since the
<第6実施形態>
(1)過電圧保護回路100の構成
図7は、本発明の第6実施形態に係る過電圧保護回路100を備えた電力変換装置200の回路図である。図7において、インバータ95は、直流電源部80から一対の電源ライン801,802を介して電力供給されている。過電圧保護回路100の一部は商用電源90と直流電源部80との間に接続され、他の部分は直流電源部80とインバータ95との間に接続されている。
<Sixth Embodiment>
(1) Configuration of
過電圧保護回路100は、過電圧導通回路60と、第1インピーダンス回路71と、第2インピーダンス回路72と、電圧検出器33、バイパス回路85と、第3スイッチ13とを含んでいる。
The
第6実施形態と、既に説明した第5実施形態と異なる点は、過電圧保護回路100の構成要素である電圧検出器と第3スイッチとが商用電源90と直流電源部80との間に設けられていることである。つまり、電圧検出器及び第3スイッチの配置が、第4実施形態における電圧検出器33及び第3スイッチ13の配置と同じである。したがって、電圧検出器及び第3スイッチが直流仕様から交流仕様に置き換えられることに鑑みて、第4実施形態の電圧検出器33及び第3スイッチ13が採用されている。
The difference between the sixth embodiment and the fifth embodiment already described is that a voltage detector and a third switch, which are components of the
したがって、各構成要素の内容は、第4実施形態の電圧検出器33及び第3スイッチ13、第5実施形態の過電圧導通回路60、第1インピーダンス回路71、第2インピーダンス回路72、及びバイパス回路85と同様であるので、ここでは説明を省略し、動作説明のみ行う。
Therefore, the content of each component includes the
(2)過電圧保護回路50の動作
図7において、通常時、過電圧導通回路60のスイッチ61はオフし、バイパス回路85は第2スイッチ62が閉じて導通状態であり、且つ第3スイッチ63は電源ライン901を導通状態にしているので、インバータ95には電圧Va=Vdcが印加されている。
(2) Operation of
商用電源90の電圧Vacの変動によってVacが急激に増加し、制御部40が電圧検出器33から出力される電圧が閾値を超えたと判定したとき、制御部40はスイッチ61の発光ダイオード611に通電して、トランジスタ61cをオンさせる。同時に制御部40は、第2スイッチ62の発光ダイオード621への通電を停止し、トランジスタ62cをオフさせる。
When the
その結果、直流電源部80―過電圧導通回路60―第1インピーダンス回路71―第2インピーダンス回路72―直流電源部80という閉回路が構成される。このとき、インバータ95には電圧Vdcの2つのインピーダンスの比に応じた電圧Va=Vdc×Za/(Za+Zb)しか印加されない。その結果、インバータ95が過電圧から保護される。
As a result, a closed circuit of the DC power supply unit 80-overvoltage conduction circuit 60-first impedance circuit 71-second impedance circuit 72-DC
その後、第3スイッチ13が電源ライン901を遮断して、第1インピーダンス回路71及び第2インピーダンス回路72での電力消費を止める。
Thereafter, the
(3)第6実施形態の特徴
(3−1)
過電圧保護回路100では、通常時は第2スイッチ62をオンにしてバイパス回路85を閉じているので、第2インピーダンス回路72で電力が消費されることはなく、インバータ95への印加電圧が第2インピーダンス回路72での電圧降下分だけ低くなることも回避することができる。
(3) Features of the sixth embodiment (3-1)
In the
(3−2)
また、過電圧時には、過電圧導通回路60のスイッチ61がオンし、第2スイッチ62がオフすることによって、インバータ95には第1インピーダンス回路71と第2インピーダンス回路72のインピーダンスの比に応じた電圧しか印加されないので、インバータ95が過電圧から保護される。
(3-2)
In addition, when overvoltage occurs, the
(3−3)
また、第3スイッチ13が電源ライン901を遮断することによって第1インピーダンス回路71及び第2インピーダンス回路72での電力消費を止める。この結果、第1インピーダンス回路71及び第2インピーダンス回路72の過熱を抑制し、電力定格を小さくすることができる。
(3-3)
Further, the
(3−4)
さらに、直流電源部80の下流側に配置されるスイッチ61、第2スイッチ62は片方向スイッチでよいので、スイッチの低コスト化を図ることができる。
(3-4)
Furthermore, since the
<その他実施形態>
(A)
図1で示す第1実施形態における第2インピーダンス回路22に、図4で示す第3実施形態におけるバイパス回路35を並列接続した実施形態も有効である。
<Other embodiments>
(A)
The embodiment in which the
通常時は第2スイッチ12をオンにしてバイパス回路35を閉じるので、第2インピーダンス回路22で電力が消費されることはなく、機器30への印加電圧が第2インピーダンス回路22での電圧降下分だけ低くなることを回避することができる。
Normally, the
(B)
図1に示す第1実施形態及び図2示す第2実施形態における電源ライン901を、図5で示す第4実施形態における第3スイッチ13で開閉する実施形態も有効である。
(B)
An embodiment in which the
第3スイッチ13が電源ライン901を遮断することによって第1インピーダンス回路21及び第2インピーダンス回路22での電力消費を止めるので、第1インピーダンス回路21及び第2インピーダンス回路22の電力定格を小さくすることができる。
Since the
(C)
図1に示す第1実施形態、図2に示す第2実施形態、及び図4に示す第3実施形態に係る過電圧保護回路50は、いずれも交流電圧に対する過電圧保護回路を実施形態としているが、電源が直流電源である場合、あるいは機器内に交流電源を整流する直流電源部を持つ場合には、各構成要素を交流仕様から直流仕様へ置き換えて直流電源部の下流側に設けてもよい。
(C)
The
(D)
第6実施形態は、第5実施形態から、電圧検出器と第3スイッチとを、商用電源90と直流電源部80との間に設けるように変更したものであるが、電圧検出器のみを商用電源90と直流電源部80との間に設けるようにしてもよい。
(D)
The sixth embodiment is different from the fifth embodiment in that the voltage detector and the third switch are provided between the
(E)
第5実施形態、第6実施形態では、機器の内部に過電圧保護回路を持つ例を示したが、機器はコンバータ回路とインバータ回路を持つものに限定されない。
(E)
In the fifth embodiment and the sixth embodiment, the example in which the overvoltage protection circuit is provided inside the device has been described, but the device is not limited to the one having the converter circuit and the inverter circuit.
(F)
第3実施形態では、機器30の保護動作が行なわれた後に第3スイッチがオフされるものとしたが、保護動作が行なわれてから所定時間経過後に第3スイッチをオフしてもよい。
(F)
In the third embodiment, the third switch is turned off after the protection operation of the
(G)
第3実施形態では、機器30の保護動作が行なわれた後に第3スイッチがオフされるものとしたが、機器電圧Vを検出する機器電圧検出器を更に備え、機器電圧が所定値を超えたときに第3スイッチをオフしてもよい。
(G)
In the third embodiment, the third switch is turned off after the protection operation of the
(H)
第1実施形態では、過電圧時に電流を流す素子としてサージアブソーバを例にとって説明した。この場合には第1実施形態で説明したように、導通時に素子自体で電圧は保持しないため、電源電圧はインピーダンスの比によって分圧されて機器30に印加される。しかし、過電圧導通回路の素子として、バリスタやツェナダイオードなどの導通時に素子自体で所定の電圧を保持するような素子を過電圧回路に適用した場合には、電源電圧からその保持電圧分を除いた電圧がインピーダンスの比によって分圧されることなる。この場合には、素子の保持電圧とインピーダンスで分圧された電圧を加算した電圧しか機器に印加されないので、機器への引加電圧が制限されて、機器を過電圧から保護することができる。
(H)
In the first embodiment, a surge absorber has been described as an example of an element that allows a current to flow during overvoltage. In this case, as described in the first embodiment, since the voltage is not held by the element itself when conducting, the power supply voltage is divided by the impedance ratio and applied to the
本発明は、電源電圧の変動が起こり易い地域で使用される機器、例えば、冷凍装置に有用である。 INDUSTRIAL APPLICABILITY The present invention is useful for equipment used in an area where power supply voltage is likely to fluctuate, such as a refrigeration apparatus.
10,60 過電圧導通回路
11,61 スイッチ
12,62 第2スイッチ
13,63 第3スイッチ
21,71 第1インピーダンス回路
22,72 第2インピーダンス回路
33,83 電圧検出器
35,85 バイパス回路
50,100 過電圧保護回路
80 直流電源部(DC電源、コンバータ回路)
90 商用電源(AC電源)
95 インバータ(インバータ回路)
10, 60
90 Commercial power (AC power)
95 Inverter (Inverter circuit)
本発明は、過電圧保護回路、及びそれを備えた電力変換装置に関する。 The present invention relates to an overvoltage protection circuit and a power conversion device including the same.
電源電圧の変動が起こり易い地域で使用される機器は、電圧上昇時の対策如何によっては、機器の故障を招く虞がある。それゆえ、特許文献1(特開2009−207329号公報)に開示されているような過電圧保護回路が設けられる。この過電圧保護回路は、所定電圧以上のときにリレーで電源を遮断する構成である。 A device used in an area where the power supply voltage is likely to fluctuate may cause a failure of the device depending on the countermeasure against the voltage rise. Therefore, an overvoltage protection circuit as disclosed in Patent Document 1 (Japanese Patent Laid-Open No. 2009-207329) is provided. This overvoltage protection circuit is configured to shut off the power supply with a relay when the voltage is equal to or higher than a predetermined voltage.
しかしながら、電源電圧が過大となるのに要する時間は極めて短く、上記リレーによる遮断では反応が遅く確実に保護することは困難である。特に半導体素子のような、過電圧に耐えうる時間が短いものについては、リレーによる遮断では保護ができない。また、瞬間的な過大電圧のためだけに半導体素子などの耐圧を高くすることは高コスト化、大型化を招来する。 However, the time required for the power supply voltage to become excessive is extremely short, and the response is slow and it is difficult to reliably protect it by the interruption by the relay. In particular, a semiconductor element such as a semiconductor element that has a short time to withstand overvoltage cannot be protected by being interrupted by a relay. Further, increasing the breakdown voltage of a semiconductor element or the like only for an instantaneous excessive voltage leads to an increase in cost and size.
そこで、本発明の課題は、瞬間的な過大電圧から機器を保護する小型・低コストの過電圧保護回路、及びそれを備えた電力変換装置を提供することにある。 Accordingly, an object of the present invention is to provide a small and low-cost overvoltage protection circuit that protects a device from a momentary excessive voltage, and a power conversion device including the same.
本発明の第1観点に係る過電圧保護装置は、電源とその電源から電力を供給される機器との間に接続される過電圧保護回路であって、過電圧導通回路と、第1インピーダンス回路と、第2インピーダンス回路とを備えている。過電圧導通回路は、電源と機器とを結ぶ一対の電源ライン間にその機器と並列に接続され、過電圧時に電流を流す。第1インピーダンス回路は、一対の電源ライン間に機器と並列に、且つ過電圧導通回路と直列に接続されている。第2インピーダンス回路は、電源ラインのうちの電源と第1インピーダンス回路との間に接続されている。過電圧導通回路は、過電圧時に電流を流す素子として、過渡電圧サプレッサ、ツェナダイオード、サージアブソーバ、及びアバランシェダイオードのいずれか1つを含んでいる。 An overvoltage protection device according to a first aspect of the present invention is an overvoltage protection circuit connected between a power supply and a device to which power is supplied from the power supply, and includes an overvoltage conduction circuit, a first impedance circuit, 2 impedance circuit. The overvoltage conduction circuit is connected in parallel with the device between a pair of power supply lines connecting the power source and the device, and allows current to flow when overvoltage occurs. The first impedance circuit is connected between the pair of power supply lines in parallel with the device and in series with the overvoltage conduction circuit. The second impedance circuit is connected between the power supply in the power supply line and the first impedance circuit. The overvoltage conduction circuit includes any one of a transient voltage suppressor, a Zener diode, a surge absorber, and an avalanche diode as an element that allows a current to flow when overvoltage occurs.
この過電圧保護回路では、過電圧時に、過電圧導通回路が導通することによって、[電源―過電圧導通回路―第1インピーダンス回路―第2インピーダンス回路―電源]の閉回路が構成される。その結果、機器には、2つのインピーダンス回路のインピーダンスの比に応じた電圧しか印加されないので、機器を過電圧から保護することができる。 In this overvoltage protection circuit, a closed circuit of [power supply-overvoltage conduction circuit-first impedance circuit-second impedance circuit-power supply] is configured by conducting the overvoltage conduction circuit at the time of overvoltage. As a result, since only a voltage corresponding to the ratio of the impedances of the two impedance circuits is applied to the device, the device can be protected from overvoltage.
また、過渡電圧サプレッサ、ツェナダイオード、サージアブソーバ、及びアバランシェダイオードは、いずれも電圧の過渡変動に対して、短い応答時間で動作する素子である。それゆえ、この過電圧保護回路では、過電圧時に当該素子が導通することによって、機器には、2つのインピーダンス回路のインピーダンスの比に応じた電圧しか印加されないので、機器を過電圧から保護することができる。 Further, the transient voltage suppressor, the Zener diode, the surge absorber, and the avalanche diode are all elements that operate with a short response time with respect to the voltage transient fluctuation. Therefore, in this overvoltage protection circuit, since the element conducts at the time of overvoltage, only a voltage according to the impedance ratio of the two impedance circuits is applied to the device, so that the device can be protected from overvoltage.
本発明の第2観点に係る過電圧保護回路は、第1観点に係る過電圧保護回路であって、電源の電圧を検出する電圧検出器をさらに備えている。過電圧導通回路は、電源ラインと第1インピーダンス回路との間を開閉するスイッチを有している。このスイッチは、電圧検出器による検出値が所定の閾値を超えたときにオンして電源ラインと第1インピーダンス回路との間を導通させる。 An overvoltage protection circuit according to a second aspect of the present invention is the overvoltage protection circuit according to the first aspect, and further includes a voltage detector that detects the voltage of the power supply. The overvoltage conduction circuit has a switch that opens and closes between the power supply line and the first impedance circuit. This switch is turned on when the detection value by the voltage detector exceeds a predetermined threshold value, and conducts between the power supply line and the first impedance circuit.
この過電圧保護回路では、例えば、第1インピーダンス回路及び第2インピーダンス回路それぞれのインピーダンスをZa及びZbとしたとき、過電圧時にスイッチが電源ラインと第1インピーダンス回路との間を導通させることによって、機器には電源電圧の2つのインピーダンスの比{Za/(Za+Zb)}に応じた電圧しか印加されないので、機器を過電圧から保護することができる。 In this overvoltage protection circuit, for example, when the impedance of each of the first impedance circuit and the second impedance circuit is Za and Zb, the switch causes the power supply line and the first impedance circuit to conduct at the time of overvoltage. Since only a voltage according to the ratio {Za / (Za + Zb)} of the two impedances of the power supply voltage is applied, the device can be protected from overvoltage.
本発明の第3観点に係る過電圧保護回路は、第1観点に係る過電圧保護回路であって、電圧検出器と、バイパス回路とをさらに備えている。電圧検出器は、電源の電圧を検出する。バイパス回路は、第2インピーダンス回路を迂回する回路である。また、バイパス回路は、バイパス回路を開閉する第2スイッチを有する。この第2スイッチは、通常時はバイパス回路を閉じ、電圧検出器による検出値が所定の閾値を超えたときにバイパス回路を遮断する。 An overvoltage protection circuit according to a third aspect of the present invention is the overvoltage protection circuit according to the first aspect, and further includes a voltage detector and a bypass circuit. The voltage detector detects the voltage of the power supply. The bypass circuit is a circuit that bypasses the second impedance circuit. The bypass circuit has a second switch that opens and closes the bypass circuit. The second switch normally closes the bypass circuit, and shuts off the bypass circuit when the value detected by the voltage detector exceeds a predetermined threshold value.
この過電圧保護回路では、例えば、第1インピーダンス回路及び第2インピーダンス回路それぞれのインピーダンスをZa及びZbとしたとき、通常時はバイパス回路を閉じているので、インピーダンスZbで電力が消費されることはなく、機器への印加電圧がインピーダンスZbでの電圧降下分だけ低くなることも回避することができる。 In this overvoltage protection circuit, for example, when the impedances of the first impedance circuit and the second impedance circuit are Za and Zb, the bypass circuit is normally closed, so that power is not consumed by the impedance Zb. It is also possible to avoid the voltage applied to the device being lowered by the voltage drop at the impedance Zb.
他方、過電圧時に第2スイッチがバイパス回路を遮断することにより、機器には電源電圧の2つのインピーダンスの比{Za/(Za+Zb)}に応じた電圧しか印加されないので、機器を過電圧から保護することができる。 On the other hand, since the second switch cuts off the bypass circuit at the time of overvoltage, only the voltage according to the ratio of two impedances of power supply voltage {Za / (Za + Zb)} is applied to the device, so that the device is protected from overvoltage. Can do.
本発明の第4観点に係る過電圧保護回路は、第2観点に係る過電圧保護回路であって、バイパス回路をさらに備えている。バイパス回路は、第2インピーダンス回路を迂回する回路である。また、バイパス回路は、バイパス回路を開閉する第2スイッチを有している。第2スイッチは、通常時はバイパス回路を閉じ、電圧検出器による検出値が所定の閾値を超えたときにバイパス回路を遮断する。 An overvoltage protection circuit according to a fourth aspect of the present invention is the overvoltage protection circuit according to the second aspect , and further includes a bypass circuit. The bypass circuit is a circuit that bypasses the second impedance circuit. The bypass circuit has a second switch that opens and closes the bypass circuit. The second switch normally closes the bypass circuit, and shuts off the bypass circuit when the detection value by the voltage detector exceeds a predetermined threshold value.
この過電圧保護回路では、例えば、第1インピーダンス回路及び第2インピーダンス回路それぞれのインピーダンスをZa及びZbとしたとき、通常時はバイパス回路を閉じているので、インピーダンスZbで電力が消費されることはなく、機器への印加電圧がインピーダンスZbでの電圧降下分だけ低くなることも回避することができる。 In this overvoltage protection circuit, for example, when the impedances of the first impedance circuit and the second impedance circuit are Za and Zb, the bypass circuit is normally closed, so that power is not consumed by the impedance Zb. It is also possible to avoid the voltage applied to the device being lowered by the voltage drop at the impedance Zb.
他方、過電圧時に第2スイッチがバイパス回路を遮断することにより、機器には電源電圧の2つのインピーダンスの比{Za/(Za+Zb)}に応じた電圧しか印加されないので、機器を過電圧から保護することができる。 On the other hand, since the second switch cuts off the bypass circuit at the time of overvoltage, only the voltage according to the ratio of two impedances of power supply voltage {Za / (Za + Zb)} is applied to the device, so that the device is protected from overvoltage. Can do.
本発明の第5観点に係る過電圧保護回路は、第1観点に係る過電圧保護回路であって、電圧検出器と、第3スイッチとをさらに備えている。電圧検出値は、電源の電圧を検出する。第3スイッチは、電源ラインを開閉する。第3スイッチは、通常時は電源ラインを導通状態にし、電圧検出器による検出値が所定の閾値を超えたとき、第2スイッチの動作後に電源ラインを遮断する。 An overvoltage protection circuit according to a fifth aspect of the present invention is the overvoltage protection circuit according to the first aspect, and further includes a voltage detector and a third switch. The voltage detection value detects the voltage of the power supply. The third switch opens and closes the power line. The third switch normally turns on the power line, and shuts off the power line after the operation of the second switch when the value detected by the voltage detector exceeds a predetermined threshold.
この過電圧保護回路では、例えば、第1インピーダンス回路及び第2インピーダンス回路それぞれのインピーダンスをZa及びZbとしたとき、過電圧時にスイッチ及び第2スイッチが動作することによって、機器には電源電圧の2つのインピーダンスの比{Za/(Za+Zb)}に応じた電圧しか印加されないので機器を過電圧から保護することができ、さらに、第3スイッチが動作して電源ラインを遮断することによってインピーダンスZa及びZbでの電力消費を止める。この結果、インピーダンスZa及びZbの過熱を抑制し、電力定格を小さくすることができる。 In this overvoltage protection circuit, for example, when the impedances of the first impedance circuit and the second impedance circuit are Za and Zb, the switch and the second switch operate at the time of overvoltage, so that the device has two impedances of the power supply voltage. Since only a voltage corresponding to the ratio {Za / (Za + Zb)} is applied, the device can be protected from overvoltage, and further, the power at the impedances Za and Zb can be obtained by operating the third switch to cut off the power line. Stop consumption. As a result, overheating of the impedances Za and Zb can be suppressed and the power rating can be reduced.
本発明の第6観点に係る過電圧保護回路は、第2観点から第4観点のいずれか1つに係る過電圧保護回路であって、第3スイッチをさらに備えている。第3スイッチは、電源ラインを開閉する。第3スイッチは、通常時は電源ラインを導通状態にし、電圧検出器による検出値が所定の閾値を超えたとき、第2スイッチの動作後に電源ラインを遮断する。 An overvoltage protection circuit according to a sixth aspect of the present invention is the overvoltage protection circuit according to any one of the second to fourth aspects, and further includes a third switch. The third switch opens and closes the power line. The third switch normally turns on the power line, and shuts off the power line after the operation of the second switch when the value detected by the voltage detector exceeds a predetermined threshold.
この過電圧保護回路では、例えば、第1インピーダンス回路及び第2インピーダンス回路それぞれのインピーダンスをZa及びZbとしたとき、過電圧時にスイッチ及び第2スイッチが動作することによって、機器には電源電圧の2つのインピーダンスの比{Za/(Za+Zb)}に応じた電圧しか印加されないので機器を過電圧から保護することができ、さらに、第3スイッチが動作して電源ラインを遮断することによってインピーダンスZa及びZbでの電力消費を止める。この結果、インピーダンスZa及びZbの過熱を抑制し、電力定格を小さくすることができる。 In this overvoltage protection circuit, for example, when the impedances of the first impedance circuit and the second impedance circuit are Za and Zb, the switch and the second switch operate at the time of overvoltage, so that the device has two impedances of the power supply voltage. Since only a voltage corresponding to the ratio {Za / (Za + Zb)} is applied, the device can be protected from overvoltage, and further, the power at the impedances Za and Zb can be obtained by operating the third switch to cut off the power line. Stop consumption. As a result, overheating of the impedances Za and Zb can be suppressed and the power rating can be reduced.
本発明の第7観点に係る過電圧保護回路は、第1観点から第6観点のいずれか一つに係る過電圧保護回路であって、電源がAC電源である。 An overvoltage protection circuit according to a seventh aspect of the present invention is the overvoltage protection circuit according to any one of the first to sixth aspects, wherein the power supply is an AC power supply.
この過電圧保護回路では、AC電源からの供給電圧が過大電圧であっても、機器には2つのインピーダンスの比に応じた電圧しか印加されない。それゆえ、短時間の過大電圧からの保護だけのために機器の電圧定格を高く設計する必要がなく、合理的である。 In this overvoltage protection circuit, even if the supply voltage from the AC power supply is an excessive voltage, only a voltage corresponding to the ratio of the two impedances is applied to the device. Therefore, it is not necessary to design the equipment with a high voltage rating only for protection from an excessive voltage for a short time, which is reasonable.
本発明の第8観点に係る過電圧保護回路は、第1観点から第6観点のいずれか一つに係る過電圧保護回路であって、電源がDC電源である。 An overvoltage protection circuit according to an eighth aspect of the present invention is the overvoltage protection circuit according to any one of the first to sixth aspects, wherein the power supply is a DC power supply.
この過電圧保護回路では、交流を入り切りするスイッチは双方向性を必要とするが、DC電源の下流側に配置されるスイッチは片方向スイッチでよいので、スイッチの低コスト化を図ることができる。 In this overvoltage protection circuit, the switch for turning on and off the alternating current needs bidirectionality, but the switch arranged on the downstream side of the DC power supply may be a one-way switch, so that the cost of the switch can be reduced.
本発明の第9観点に係る電力変換装置は、コンバータ回路と、インバータ回路と、第7観点の過電圧保護回路とを備えている。コンバータ回路は、AC電圧を直流電圧に変換する。インバータ回路は、直流電圧を交流電圧に変換する。 A power converter according to a ninth aspect of the present invention includes a converter circuit, an inverter circuit, and an overvoltage protection circuit according to a seventh aspect . The converter circuit converts the AC voltage into a DC voltage. The inverter circuit converts a DC voltage into an AC voltage.
この電力変換装置では、過電圧保護回路が、コンバータ回路を過渡的に印加される過大交流電圧から保護し、又はインバータ回路を過渡的に印加される過大直流電圧から保護することができる。 In this power converter, the overvoltage protection circuit can protect the converter circuit from excessively applied excessive AC voltage or the inverter circuit from transiently applied excessive DC voltage.
本発明の第10観点に係る電力変換装置は、インバータ回路と、第8観点の過電圧保護回路とを備えている。インバータ回路は、DC電源の電圧を交流電圧に変換する。 A power converter according to a tenth aspect of the present invention includes an inverter circuit and an overvoltage protection circuit according to an eighth aspect. The inverter circuit converts the voltage of the DC power source into an AC voltage.
この電力変換装置では、過電圧保護回路が、コンバータ回路を過渡的に印加される過大交流電圧から保護し、又はインバータ回路を過渡的に印加される過大直流電圧から保護することができる。 In this power converter, the overvoltage protection circuit can protect the converter circuit from excessively applied excessive AC voltage or the inverter circuit from transiently applied excessive DC voltage.
本発明の第1観点に係る過電圧保護装置では、過電圧時に、過電圧導通回路が導通することによって、[電源―過電圧導通回路―第1インピーダンス回路―第2インピーダンス回路―電源]の閉回路が構成される。その結果、機器には、2つのインピーダンス回路のインピーダンスの比に応じた電圧しか印加されないので、機器を過電圧から保護することができる。 In the overvoltage protection device according to the first aspect of the present invention, a closed circuit of [power supply-overvoltage conduction circuit-first impedance circuit-second impedance circuit-power supply] is configured by conducting the overvoltage conduction circuit at the time of overvoltage. The As a result, since only a voltage corresponding to the ratio of the impedances of the two impedance circuits is applied to the device, the device can be protected from overvoltage.
また、過電圧時に素子が導通することによって、機器には、2つのインピーダンス回路のインピーダンスの比に応じた電圧しか印加されないので、機器を過電圧から保護することができる。 In addition , since the device conducts at the time of overvoltage, only a voltage corresponding to the impedance ratio of the two impedance circuits is applied to the device, so that the device can be protected from the overvoltage.
本発明の第2観点に係る過電圧保護回路では、例えば、第1インピーダンス回路及び第2インピーダンス回路それぞれのインピーダンスをZa及びZbとしたとき、過電圧時にスイッチが電源ラインと第1インピーダンス回路との間を導通させることによって、機器には電源電圧の2つのインピーダンスの比{Za/(Za+Zb)}に応じた電圧しか印加されないので、機器を過電圧から保護することができる。 In the overvoltage protection circuit according to the second aspect of the present invention, for example, when the impedances of the first impedance circuit and the second impedance circuit are Za and Zb, the switch is connected between the power supply line and the first impedance circuit when overvoltage occurs. By conducting the current, only a voltage corresponding to the ratio of two impedances of the power supply voltage {Za / (Za + Zb)} is applied to the device, so that the device can be protected from overvoltage.
本発明の第3観点又は第4観点に係る過電圧保護回路では、例えば、第1インピーダンス回路及び第2インピーダンス回路それぞれのインピーダンスをZa及びZbとしたとき、通常時はバイパス回路を閉じているので、インピーダンスZbで電力が消費されることはなく、機器への印加電圧がインピーダンスZbでの電圧降下分だけ低くなることも回避することができる。 In the overvoltage protection circuit according to the third aspect or the fourth aspect of the present invention, for example, when the impedance of each of the first impedance circuit and the second impedance circuit is Za and Zb, the bypass circuit is normally closed. No power is consumed by the impedance Zb, and it can be avoided that the voltage applied to the device is lowered by the voltage drop at the impedance Zb.
他方、過電圧時に第2スイッチがバイパス回路を遮断することにより、機器には電源電圧の2つのインピーダンスの比{Za/(Za+Zb)}に応じた電圧しか印加されないので、機器を過電圧から保護することができる。 On the other hand, since the second switch cuts off the bypass circuit at the time of overvoltage, only the voltage according to the ratio of two impedances of power supply voltage {Za / (Za + Zb)} is applied to the device, so that the device is protected from overvoltage. Can do.
本発明の第5観点又は第6観点に係る過電圧保護回路では、例えば、第1インピーダンス回路及び第2インピーダンス回路それぞれのインピーダンスをZa及びZbとしたとき、過電圧時にスイッチ及び第2スイッチが動作することによって、機器には電源電圧の2つのインピーダンスの比{Za/(Za+Zb)}に応じた電圧しか印加されないので機器を過電圧から保護することができ、さらに、第3スイッチが動作して電源ラインを遮断することによってインピーダンスZa及びZbでの電力消費を止める。この結果、インピーダンスZa及びZbの過熱を抑制し、電力定格を小さくすることができる。 In the overvoltage protection circuit according to the fifth or sixth aspect of the present invention, for example, when the impedances of the first impedance circuit and the second impedance circuit are Za and Zb, the switch and the second switch operate at the time of overvoltage. Thus, only a voltage corresponding to the ratio of the two impedances of the power supply voltage {Za / (Za + Zb)} is applied to the device, so that the device can be protected from overvoltage, and the third switch operates to By cutting off, power consumption at the impedances Za and Zb is stopped. As a result, overheating of the impedances Za and Zb can be suppressed and the power rating can be reduced.
本発明の第7観点に係る過電圧保護回路では、AC電源からの供給電圧が過大電圧であっても、機器には2つのインピーダンスの比に応じた電圧しか印加されない。それゆえ、短時間の過大電圧からの保護だけのために機器の電圧定格を高く設計する必要がなく、合理的である。 In the overvoltage protection circuit according to the seventh aspect of the present invention, even if the supply voltage from the AC power supply is an excessive voltage, only a voltage corresponding to the ratio of the two impedances is applied to the device. Therefore, it is not necessary to design the equipment with a high voltage rating only for protection from an excessive voltage for a short time, which is reasonable.
本発明の第8観点に係る過電圧保護回路では、交流を入り切りするスイッチは双方向性を必要とするが、DC電源の下流側に配置されるスイッチは片方向スイッチでよいので、スイッチの低コスト化を図ることができる。 In the overvoltage protection circuit according to the eighth aspect of the present invention, the switch for turning on and off the alternating current needs bidirectionality, but the switch arranged on the downstream side of the DC power supply may be a one-way switch, so the cost of the switch is low. Can be achieved.
本発明の第9観点又は第10観点に係る電力変換装置では、過電圧保護回路が、コンバータ回路を過渡的に印加される過大交流電圧から保護し、又はインバータ回路を過渡的に印加される過大直流電圧から保護することができる。 In the power conversion device according to the ninth aspect or the tenth aspect of the present invention, the overvoltage protection circuit protects the converter circuit from an excessive AC voltage applied transiently, or an excessive DC applied the inverter circuit transiently. Can be protected from voltage.
以下、図面を参照しながら、本発明の実施形態について説明する。なお、以下の実施形態は、本発明の具体例であって、本発明の技術的範囲を限定するものではない。 Hereinafter, embodiments of the present invention will be described with reference to the drawings. The following embodiments are specific examples of the present invention and do not limit the technical scope of the present invention.
<第1実施形態>
(1)過電圧保護回路50の構成
図1は、本発明の第1実施形態に係る過電圧保護回路50を備えた装置の回路図である。図1において、機器30は、商用電源90から一対の電源ライン901,902を介して電力供給されている。過電圧保護回路50は、商用電源90と機器30との間に接続されている。
<First Embodiment>
(1) Configuration of
過電圧保護回路50は、過電圧導通回路10と、第1インピーダンス回路21と、第2インピーダンス回路22とを含んでいる。
The
(2)過電圧保護回路50の詳細構成
(2−1)過電圧導通回路10
過電圧導通回路10は、過電圧時に電流を流す素子で構成されている。過電圧時に電流を流す素子としては、過渡電圧サプレッサ、ツェナダイオード、サージアブソーバ、及びアバランシェダイオードのいずれかが採用される。
(2) Detailed configuration of overvoltage protection circuit 50 (2-1)
The
本実施形態では、過電圧導通回路10は、一つのサージアブソーバで構成されている。サージアブソーバは、電圧依存性を持つ素子であり、通常の状態では高い抵抗を有しているが、印加される電圧が所定電圧を越えたときに抵抗を急激に低下させることによって電圧の制限を行うことができる。サージアブソーバの具体的な素子としては、アレスタや放電管などがあげられるが、これらに限定するものではない。
In the present embodiment, the
過電圧導通回路10は、一対の電源ライン901,902間に機器30と並列に接続されている。なお、商用電源90が多相電源のときに各相間の過電圧保護を行う場合は各相分の電源ライン間に、過電圧導通回路10が接続される。
The
(2−2)第1インピーダンス回路21
第1インピーダンス回路21は、当該回路における電圧と電流との比であるインピーダンスがZaとなるように構成された回路である。
(2-2)
The
第1インピーダンス回路21は、一対の電源ライン901,902間に機器30と並列に、且つ過電圧導通回路10と直列に接続されている。
The
(2−3)第2インピーダンス回路22
第2インピーダンス回路22は、当該回路における電圧と電流との比であるインピーダンスがZbとなるように構成された回路である。
(2-3)
The
第2インピーダンス回路22は、電源ライン902上で、商用電源90と第1インピーダンス回路21との間に接続されている。
The
(3)過電圧保護回路50の動作
説明の便宜上、商用電源90の電圧をVac、機器30に印加される電圧をVa、第2インピーダンス回路22の両端にかかる電圧をVbとする。
(3) Operation of
図1において、通常時、過電圧導通回路10のサージアブソーバは導通していないので、機器30には電圧Va=Vac−Vbが印加されている。
In FIG. 1, since the surge absorber of the
商用電源90の電圧Vacが急激に変動して過電圧となり、電圧Vaがサージアブソーバの動作開始電圧を超えると、過電圧導通回路10のサージアブソーバが導通して、商用電源90―過電圧導通回路10―第1インピーダンス回路21―第2インピーダンス回路22―商用電源90という閉回路が構成される。このとき、機器30には電圧Vacの2つのインピーダンスの比に応じた電圧Va=Vac×Za/(Za+Zb)しか印加されない。その結果、機器30が過電圧から保護される。
When the voltage Vac of the
(4)第1実施形態の特徴
(4−1)
過電圧保護回路50では、過電圧時に過電圧導通回路10のサージアブソーバが導通することによって、機器30には第1インピーダンス回路21と第2インピーダンス回路22のインピーダンスの比に応じた電圧しか印加されないので、機器30が過電圧から保護される。
(4) Features of the first embodiment (4-1)
In the
(4−2)
商用電源90からの供給電圧が過大電圧であっても、機器30には2つのインピーダンスの比に応じた電圧しか印加されない。それゆえ、短時間の過大電圧からの保護だけのために機器30の電圧定格を高く設計する必要がなく、合理的である。
(4-2)
Even if the supply voltage from the
<第2実施形態>
(1)過電圧保護回路50の構成
図2は、本発明の第2実施形態に係る過電圧保護回路50を備えた装置の回路図である。図2において、機器30は、商用電源90から一対の電源ライン901,902を介して電力供給されている。過電圧保護回路50は、商用電源90と機器30との間に接続されている。
Second Embodiment
(1) Configuration of
過電圧保護回路50は、過電圧導通回路10と、第1インピーダンス回路21と、第2インピーダンス回路22と、電圧検出器33とを含んでいる。
The
(2)過電圧保護回路50の詳細構成
(2−1)過電圧導通回路10
過電圧導通回路10は、第1実施形態におけるサージアブソーバに替わってスイッチ11が採用されている。図2に示すように、スイッチ11は、フォトトライアックカプラで構成され、入力側(A1−A2間)に発光ダイオード11aが設けられ、出力側(B1−B2間)にフォトトライアック11bが設けられている。フォトトライアック11bの等価回路は、2つのフォトサイリスタ111,112を互いに逆方向に並列接続した構成である。
(2) Detailed configuration of overvoltage protection circuit 50 (2-1)
The
発光ダイオード11aのアノードA1は抵抗R1を介して電源Vcに接続されている。また、発光ダイオード11aのカソードA2は信号線を介して制御部40に接続されている。
The anode A1 of the
フォトトライアック11bの第1アノードB1は電源ライン901に接続されている。また、フォトトライアック11bの第2アノードB2は第1インピーダンス回路21に接続されている。
The first anode B1 of the
発光ダイオード11aは電流が流れると発光する。フォトトライアック11bは、第1アノードB1の電位が第2アノードB2の電位より大きい状態で発光ダイオード11aからの光を受けるとフォトサイリスタ111がオン状態になる。他方、第1アノードB1の電位が第2アノードB2の電位より小さい状態で発光ダイオード11aからの光を受けるとフォトサイリスタ112がオン状態になる。
The
このように、フォトトライアック11bは双方向の印加電圧に対して動作する双方向素子であり、しかも高速で動作するので、双方向の高速スイッチとして利用される。
As described above, the
なお、双方向の高速スイッチとしては、フォトトライアックだけに限定されるものではなく、通常のトライアックや双方向に導通させるように接続したMOSFETなどを採用してもよい。別の形態の高速スイッチを用いる場合には、そのスイッチの形態に応じた駆動回路が適宜使用される。 Note that the bidirectional high-speed switch is not limited to the phototriac, but may be a normal triac or a MOSFET connected so as to conduct in both directions. When another form of high-speed switch is used, a drive circuit corresponding to the form of the switch is appropriately used.
過電圧導通回路10は、一対の電源ライン901,902間に機器30と並列に接続されている。なお、商用電源90が多相電源のときに各相間の過電圧保護を行う場合は、各相分の電源ライン間に過電圧導通回路10が接続される。
The
また、スイッチ11の動作制御、つまり発光ダイオード11aへの通電制御は制御部40が行う。
Further, the
(2−2)第1インピーダンス回路21
第1インピーダンス回路21は、当該回路における電圧と電流との比であるインピーダンスがZaとなるように構成された回路である。
(2-2)
The
第1インピーダンス回路21は、一対の電源ライン901,902間に機器30と並列に、且つ過電圧導通回路10と直列に接続されている。
The
(2−3)第2インピーダンス回路22
第2インピーダンス回路22は、当該回路における電圧と電流との比であるインピーダンスがZbとなるように構成された回路である。
(2-3)
The
第2インピーダンス回路22は、電源ライン902上で、商用電源90と第1インピーダンス回路21との間に接続されている。
The
(2−4)電圧検出器33
電圧検出器33は、交流電圧検出回路によって構成されている。交流電圧検出回路は、多様であり、使用条件によって適宜採用される。例えば、図3は一般的な電圧検出器33の回路図である。図3において、電圧検出器33は、変圧回路331、コンバータ回路332とで構成されている。
(2-4)
The
変圧回路331は、入力側に位置し、一次側巻線331aと二次側巻線331bとからなる。
The
コンバータ回路332は、整流ダイオードで構成される整流部332aと、平滑コンデンサ332bとが並列接続された回路である。
The
電圧検出器33では、変圧回路331に交流電圧が印加されると、交流電圧は変圧回路331によって変圧される。そして、二次側巻線331bの両端電圧がコンバータ回路332に入力される。
In the
コンバータ回路332に入力された変圧後の交流電圧は、整流部332aで直流電圧に変換され、平滑コンデンサ332bで平滑化される。この平滑化された直流電圧が制御部40に入力される。すなわち、一次側巻線331aに印加される電圧に応じた直流電圧が、制御部40に入力されることになる。
The transformed AC voltage input to the
(3)過電圧保護回路50の動作
説明の便宜上、商用電源90の電圧をVac、機器30に印加される電圧をVa、第2インピーダンス回路22の両端にかかる電圧をVbとする。
(3) Operation of
図2において、通常時、過電圧導通回路10のスイッチ11はオフしているので、機器30には電圧Va=Vac−Vbが印加されている。
In FIG. 2, since the
商用電源90の電圧Vacが急激に増加し、制御部40が電圧検出器33から出力される電圧が閾値を超えたと判定したとき、制御部40はスイッチ11の発光ダイオード11aに通電する。これによって、フォトトライアック11bがオンし、商用電源90―過電圧導通回路10―第1インピーダンス回路21―第2インピーダンス回路22―商用電源90という閉回路が構成される。このとき、機器30には電圧Vacの2つのインピーダンスの比に応じた電圧Va=Vac×Za/(Za+Zb)しか印加されない。その結果、機器30が過電圧から保護される。なお、機器30を保護するため、スイッチ11には高速動作が求められる。
When the voltage Vac of the
商用電源90の電圧Vacが下がり、電圧検出器33から出力される電圧が復帰のための閾値よりも下がったと制御部40が判定したとき、制御部40はスイッチ11の発光ダイオード11aの通電をオフする。これによって、フォトトライアック11bはオフし、通常の動作に復帰する。
When the
(4)第2実施形態の特徴
(4−1)
過電圧保護回路50では、過電圧時に過電圧導通回路10のスイッチ11がオンすることによって、機器30には第1インピーダンス回路21と第2インピーダンス回路22のインピーダンスの比に応じた電圧しか印加されないので、機器30が過電圧から保護される。
(4) Features of the second embodiment (4-1)
In the
(4−2)
商用電源90からの供給電圧が過大電圧であっても、機器30には2つのインピーダンスの比に応じた電圧しか印加されない。それゆえ、短時間の過大電圧からの保護だけのために機器30の電圧定格を高く設計する必要がなく、合理的である。
(4-2)
Even if the supply voltage from the
<第3実施形態>
(1)過電圧保護回路50の構成
図4は、本発明の第3実施形態に係る過電圧保護回路50を備えた装置の回路図である。図4において、機器30は、商用電源90から一対の電源ライン901,902を介して電力供給されている。過電圧保護回路50は、商用電源90と機器30との間に接続されている。
<Third Embodiment>
(1) Configuration of
過電圧保護回路50は、過電圧導通回路10と、第1インピーダンス回路21と、第2インピーダンス回路22と、電圧検出器33、バイパス回路35とを含んでいる。
The
(2)過電圧保護回路50の詳細構成
第3実施形態は、第2実施形態にバイパス回路35が追加された形態であり、過電圧導通回路10、第1インピーダンス回路21、第2インピーダンス回路22、及び電圧検出器33については同様のものを採用している。したがって、ここではバイパス回路35についてのみを説明する。
(2) Detailed Configuration of
(2−1)バイパス回路35
バイパス回路35は、第2インピーダンス回路22に並列接続されており、第2インピーダンス回路22を迂回する回路である。バイパス回路35は、第2スイッチ12を有している。第2スイッチ12は、バイパス回路35を開閉する。ここで、バイパス回路35を開閉するとは、バイパス回路35を導通又は遮断して非導通にすることである。
(2-1)
The
(2−2)第2スイッチ12
第2スイッチ12は、通常時はバイパス回路35を閉、つまり導通状態にしておく。なぜなら、通常時にバイパス回路35を開(非導通状態)にしておくと、第2インピーダンス回路22が常に接続された状態となって常に電力消費される上に、機器30への印加電圧が第2インピーダンス回路22のインピーダンスZbの電圧降下分だけ低くなるからである。
(2-2)
The
他方、過電圧時は機器30を保護するためにバイパス回路35を素早く開にして第2インピーダンス回路22を接続し、商用電源90―過電圧導通回路10―第1インピーダンス回路21―第2インピーダンス回路22―商用電源90という閉回路を構成する必要がある。そのため、第2スイッチ12には、高速動作が求められる。
On the other hand, in order to protect the
第2スイッチ12としては、トライアック、双方向に導通させるように接続したMOSFETなどが採用される。本実施形態では、スイッチ11と同じくフォトトライアックカプラが採用されている。
As the
図4に示すように、第2スイッチ12は、入力側(C1−C2間)に発光ダイオード12aが設けられ、出力側(D1−D2間)にフォトトライアック12bが設けられている。フォトトライアック12bの等価回路は、2つのフォトサイリスタ121,122を互いに逆方向に並列接続した構成である。
As shown in FIG. 4, the
発光ダイオード12aのアノードC1は抵抗R2を介して電源Vcに接続されている。また、発光ダイオード12aのカソードC2は信号線を介して制御部40に接続されている。
The anode C1 of the
フォトトライアック12bの第1アノードD1は、電源ライン902のうちの第2インピーダンス回路22と機器30との間に接続されている。また、フォトトライアック12bの第2アノードD2は電源ライン902にうちの第2インピーダンス回路22と商用電源90との間に接続されている。
The first anode D1 of the
発光ダイオード12a及びフォトトライアック12bのフォトサイリスタ121,122の動作原理は、スイッチ11における発光ダイオード11a及びフォトトライアック11bのフォトサイリスタ111,112の動作原理と同じであるので、ここでは動作説明を省略する。
The operating principle of the
(3)過電圧保護回路50の動作
図4において、通常時、過電圧導通回路10のスイッチ11はオフし、バイパス回路35は第2スイッチ12が閉じて導通状態であるので、機器30には電圧Va=Vacが印加されている。
(3) Operation of
商用電源90の電圧Vacが急激に増加し、制御部40が電圧検出器33から出力される電圧が閾値を超えたと判定したとき、制御部40はスイッチ11の発光ダイオード11aに通電して、フォトトライアック11bをオンさせる。同時に制御部40は、第2スイッチ12の発光ダイオード12aへの通電を停止し、フォトトライアック12bをオフさせる。
When the voltage Vac of the
その結果、商用電源90―過電圧導通回路10―第1インピーダンス回路21―第2インピーダンス回路22―商用電源90という閉回路が構成される。このとき、機器30には電圧Vacの2つのインピーダンスの比に応じた電圧Va=Vac×Za/(Za+Zb)しか印加されない。その結果、機器30が過電圧から保護される。
As a result, a closed circuit of commercial power supply 90-overvoltage conduction circuit 10-first impedance circuit 21-second impedance circuit 22-
商用電源90の電圧Vacが下がり、電圧検出器33から出力される電圧が復帰のための閾値よりも下がったと制御部40が判定したとき、制御部40はスイッチ11の発光ダイオード11aの通電をオフし、フォトトライアック11bをオフさせる。同時に制御部40は、第2スイッチ12の発光ダイオード12aへ通電し、フォトトライアック12bをオンさせる。これにより、通常の動作に復帰する。
When the
(4)第3実施形態の特徴
(4−1)
過電圧保護回路50では、通常時は第2スイッチ12をオンにしてバイパス回路35を閉じているので、第2インピーダンス回路22で電力が消費されることはなく、機器30への印加電圧が第2インピーダンス回路22での電圧降下分だけ低くなることも回避することができる。
(4) Features of the third embodiment (4-1)
In the
(4−2)
また、過電圧時には、過電圧導通回路10のスイッチ11がオンし、第2スイッチ12がオフすることによって、機器30には第1インピーダンス回路21と第2インピーダンス回路22のインピーダンスの比に応じた電圧しか印加されないので、機器30が過電圧から保護される。
(4-2)
In addition, when overvoltage occurs, the
(4−3)
商用電源90からの供給電圧が過大電圧であっても、機器30には2つのインピーダンスの比に応じた電圧しか印加されない。それゆえ、短時間の過大電圧からの保護だけのために機器30の電圧定格を高く設計する必要がなく、合理的である。
(4-3)
Even if the supply voltage from the
<第4実施形態>
(1)過電圧保護回路50の構成
図5は、本発明の第4実施形態に係る過電圧保護回路50を備えた装置の回路図である。図5において、機器30は、商用電源90から一対の電源ライン901,902を介して電力供給されている。過電圧保護回路50は、商用電源90と機器30との間に接続されている。
<Fourth embodiment>
(1) Configuration of
過電圧保護回路50は、過電圧導通回路10と、第1インピーダンス回路21と、第2インピーダンス回路22と、電圧検出器33、バイパス回路35と、第3スイッチ13とを含んでいる。
The
(2)過電圧保護回路50の詳細構成
第4実施形態は、第3実施形態に第3スイッチ13が追加された形態であり、過電圧導通回路10、第1インピーダンス回路21、第2インピーダンス回路22、電圧検出器33、及びバイパス回路35については同様のものを採用している。したがって、ここでは第3スイッチ13についてのみを説明する。
(2) Detailed Configuration of
(2−1)第3スイッチ13
第3スイッチ13は、電源ライン901を開閉する。ここで、電源ライン901を開閉するとは、電源ライン901を導通又は遮断して非導通にすることである。
(2-1)
The
第3スイッチ13は、通常時は電源ライン901を閉、つまり導通状態にしておく。他方、過電圧時には、スイッチ11がオンし、第2スイッチ12がオフして、商用電源90―過電圧導通回路10―第1インピーダンス回路21―第2インピーダンス回路22―商用電源90という閉回路が構成され、機器30の保護動作が行われた後に、第3スイッチ13がオフして電源ライン901を遮断する。
The
電源ライン901を遮断する目的は、第1インピーダンス回路21及び第2インピーダンス回路22での電力消費を止めるためであり、第1インピーダンス回路21及び第2インピーダンス回路22の過熱を抑制することができるので、電力定格を小さくすることができ、低コスト化を図ることができる。
The purpose of cutting off the
第3スイッチ13は、スイッチ11及び第2スイッチ12のような高速性は求められないので、本実施形態ではリレー回路が採用されている。
Since the
図5に示すように、第3スイッチ13は、電源ライン901を開閉するリレー接点13aと、リレー接点13aを動作させるリレーコイル13bと、リレーコイル13bへの通電と非通電とを行うトランジスタ13cとを含んでいる。リレーコイル13bの一端は、電源Vbの正極に接続され、他端はトランジスタ13cのコレクタ側に接続されている。制御部40は、トランジスタ13cのベース電流の有無を切り換えて、コレクタとエミッタ間をオンオフし、リレーコイル13bへの通電と非通電を行う。
As shown in FIG. 5, the
(3)過電圧保護回路50の動作
図5において、通常時、過電圧導通回路10のスイッチ11はオフし、バイパス回路35は第2スイッチ12が閉じて導通状態であり、且つ第3スイッチ13は電源ライン901を導通状態にしているので、機器30には電圧Va=Vacが印加されている。
(3) Operation of
商用電源90の電圧Vacが急激に増加し、制御部40が電圧検出器33から出力される電圧が閾値を超えたと判定したとき、制御部40はスイッチ11の発光ダイオード11aに通電して、フォトトライアック11bをオンさせる。同時に制御部40は、第2スイッチ12の発光ダイオード12aへの通電を停止し、フォトトライアック12bをオフさせる。
When the voltage Vac of the
その結果、商用電源90―過電圧導通回路10―第1インピーダンス回路21―第2インピーダンス回路22―商用電源90という閉回路が構成される。このとき、機器30には電圧Vacの2つのインピーダンスの比に応じた電圧Va=Vac×Za/(Za+Zb)しか印加されない。その結果、機器30が過電圧から保護される。
As a result, a closed circuit of commercial power supply 90-overvoltage conduction circuit 10-first impedance circuit 21-second impedance circuit 22-
その後、過電圧状態が続いている場合には、第3スイッチ13が電源ライン901を遮断して、第1インピーダンス回路21及び第2インピーダンス回路22での電力消費を止める。
Thereafter, when the overvoltage state continues, the
商用電源90の電圧Vacが下がり、電圧検出器33から出力される電圧が復帰のための閾値よりも下がったと制御部40が判定したとき、制御部40はスイッチ11の発光ダイオード11aの通電をオフし、フォトトライアック11bをオフさせる。同時に制御部40は、第2スイッチ12の発光ダイオード12aへ通電し、フォトトライアック12bをオンさせる。さらに、第3スイッチ13をオンさせて電源ライン901を接続することで、通常の動作に復帰する。
When the
(4)第4実施形態の特徴
(4−1)
過電圧保護回路50では、通常時は第2スイッチ12をオンにしてバイパス回路35を閉じているので、第2インピーダンス回路22で電力が消費されることはなく、機器30への印加電圧が第2インピーダンス回路22での電圧降下分だけ低くなることも回避することができる。
(4) Features of the fourth embodiment (4-1)
In the
(4−2)
また、過電圧時には、過電圧導通回路10のスイッチ11がオンし、第2スイッチ12がオフすることによって、機器30には第1インピーダンス回路21と第2インピーダンス回路22のインピーダンスの比に応じた電圧しか印加されないので、機器30が過電圧から保護される。
(4-2)
In addition, when overvoltage occurs, the
(4−3)
さらに、第3スイッチ13が電源ライン901を遮断することによって第1インピーダンス回路21及び第2インピーダンス回路22での電力消費を止める。この結果、第1インピーダンス回路21及び第2インピーダンス回路22の過熱を抑制し、電力定格を小さくすることができる。
(4-3)
Further, the
(4−4)
商用電源90からの供給電圧が過大電圧であっても、機器30には2つのインピーダンスの比に応じた電圧しか印加されない。それゆえ、短時間の過大電圧からの保護だけのために機器30の電圧定格を高く設計する必要がなく、合理的である。
(4-4)
Even if the supply voltage from the
<第5実施形態>
(1)電力変換装置200の構成
図6は、本発明の第5実施形態に係る過電圧保護回路100を備えた電力変換装置200の回路図である。図6において、電力変換装置200は、直流電源部80、インバータ95、過電圧保護回路100で構成されている。
<Fifth Embodiment>
(1) Configuration of
インバータ95は、直流電源部80から一対の電源ライン801,802を介して電力供給されている。過電圧保護回路100は、直流電源部80とインバータ95との間に接続されている。
The
(1−1)直流電源部80
直流電源部80は、整流部81と、整流部81と並列接続される平滑コンデンサ82とで構成されている。
(1-1) DC
The DC
整流部81は、4つのダイオードD1a,D1b,D2a,D2bによってブリッジ状に構成されている。具体的には、ダイオードD1aとD1b、D2aとD2bは、それぞれ互いに直列に接続されている。ダイオードD1a,D2aの各カソード端子は、共に平滑コンデンサ82のプラス側端子に接続されており、整流部81の正側出力端子として機能する。ダイオードD1b,D2bの各ダイオードの各アノード端子は、共に平滑コンデンサ82のマイナス側端子に接続されており、整流部81の負側出力端子として機能する。
The rectifying
ダイオードD1a及びダイオードD1bの接続点は、商用電源90の一方の極に接続されている。ダイオードD2a及びダイオードD2bの接続点は、商用電源90の他方の極に接続されている。整流部81は、商用電源90から出力される交流電圧を整流して直流電圧を生成し、これを平滑コンデンサ82へ供給する。
A connection point between the diode D1a and the diode D1b is connected to one pole of the
平滑コンデンサ82は、整流部81によって整流された電圧を平滑する。平滑後の電圧Vdcは、平滑コンデンサ82の出力側に接続されるインバータ95へ印加される。
The smoothing
なお、コンデンサの種類としては、電解コンデンサやフィルムコンデンサ、タンタルコンデンサ等が挙げられるが、本実施形態においては、平滑コンデンサ82として電解コンデンサが採用される。
In addition, as a kind of capacitor | condenser, although an electrolytic capacitor, a film capacitor, a tantalum capacitor etc. are mentioned, in this embodiment, an electrolytic capacitor is employ | adopted as the smoothing
この直流電源部80は、交流電圧を直流電圧に変換するコンバータ回路と言い換えることもできる。
The DC
(1−2)インバータ95
インバータ95は、複数のIGBT(絶縁ゲート型バイポーラトランジスタ、以下、単にトランジスタという)及び複数の還流用ダイオードを含んでいる。インバータ95は、平滑コンデンサ82からの電圧Vdcが印加され、かつゲート駆動回路96により指示されたタイミングで各トランジスタがオン及びオフを行うことによって、モータ150を駆動する駆動電圧を生成する。モータ150は、例えばヒートポンプ式空気調和機の圧縮機モータ、ファンモータである。
(1-2)
The
なお、本実施形態のインバータ95は、電圧形インバータであるが、それに限定されるものではなく、電流形インバータでもよい。
In addition, although the
(1−3)ゲート駆動回路96
ゲート駆動回路96は、制御部40からの指令に基づき、インバータ95の各トランジスタのオン及びオフの状態を変化させる。
(1-3)
The
(1−4)過電圧保護回路100
過電圧保護回路100は、過電圧導通回路60と、第1インピーダンス回路71と、第2インピーダンス回路72と、電圧検出器83、バイパス回路85と、第3スイッチ63とを含んでいる。
(1-4)
The
(2)過電圧保護回路100の詳細構成
第5実施形態と、既に説明した第1から第4までの実施形態と大きく異なる点は、過電圧保護回路100が直流部に設けられていることである。したがって、各構成要素も交流仕様から直流仕様に置き換えられることに鑑みて、同一名称であっても符号を換えて、再度説明する。
(2) Detailed Configuration of
(2−1)過電圧導通回路60
過電圧導通回路60は、第4実施形態におけるスイッチ11に替わってスイッチ61が採用されている。
(2-1)
The
図6に示すように、スイッチ61は、フォトカプラ61aと、駆動回路61bと、トランジスタ61cとで構成されている。フォトカプラ61aは、発光ダイオード611とフォトトランジスタ612を内蔵している。
As shown in FIG. 6, the
スイッチ61の入力側(E1−E2間)にはフォトカプラ61aの発光ダイオード611が接続されている。発光ダイオード611のアノードE1は抵抗R1を介して電源Vcに接続されている。発光ダイオード611のカソードE2は信号線を介して制御部40に接続されている。また、フォトトランジスタ612は駆動回路61bとGNDとの間に接続されている。
The
スイッチ61の出力側(F1−F2間)にトランジスタ61cが設けられている。トランジスタ61cのコレクタF1は電源ライン801に接続されている。また、トランジスタ61cのエミッタF2は第1インピーダンス回路71に接続されている。
A
制御部40の制御信号は、フォトカプラ61aを介して駆動回路61bに入力される。駆動回路61bには、駆動用電源(図示せず)が接続されており、制御部40が発光ダイオード611の信号ラインをオンさせると、発光ダイオード611が発光しフォトトランジスタ612が導通する。このフォトトランジスタ612が導通している間、駆動回路61bからトランジスタ61cのベースに駆動信号が出力され、トランジスタ61cのコレクタF1−エミッタF2間が導通する。
The control signal of the
逆に、制御部40が発光ダイオード611の信号ラインをオフさせると、発光ダイオード611が発光しないので、フォトトランジスタ612は導通しない。このフォトトランジスタ612が導通していない間、トランジスタ61cのコレクタF1−エミッタF2間も導通しない。
Conversely, when the
このように、直流回路を開閉するときは片方向スイッチでよいので、交流回路を開閉する場合の双方向性は必要とせず、コストメリットがある。なお片方向スイッチの構成は本実施形態に限定するものではないが、半導体スイッチのように高速にスイッチ動作を行なうことができるのが望ましい。 As described above, when the DC circuit is opened and closed, a one-way switch may be used. Therefore, bidirectionality when the AC circuit is opened and closed is not required, and there is a cost merit. The configuration of the one-way switch is not limited to this embodiment, but it is desirable that the switch operation can be performed at high speed like a semiconductor switch.
過電圧導通回路60は、一対の電源ライン801,802間に機器30と並列に接続されている。
The
(2−2)第1インピーダンス回路71
第1インピーダンス回路71は、当該回路における電圧と電流との比であるインピーダンスがZaとなるように構成された回路である。一般に抵抗素子が採用される。
(2-2)
The
第1インピーダンス回路71は、一対の電源ライン801,802間にインバータ95と並列に、且つ過電圧導通回路60と直列に接続されている。
The
(2−3)第2インピーダンス回路72
第2インピーダンス回路72は、当該回路における電圧と電流との比であるインピーダンスがZbとなるように構成された回路である。一般に抵抗素子が採用される。
(2-3)
The
第2インピーダンス回路72は、電源ライン802上で、直流電源部80と第1インピーダンス回路71との間に接続されている。
The
(2−4)電圧検出器83
電圧検出器83は、平滑コンデンサ82の出力側に接続されており、平滑コンデンサ82の両端電圧、即ち平滑後の電圧Vdcの値を検出する。電圧検出器83は、例えば、互いに直列に接続された2つの抵抗が平滑コンデンサ82に並列接続され、電圧Vdcが分圧されるように構成される。それら2つの抵抗同士の接続点の電圧値は、制御部40に入力される。
(2-4)
The
(2−5)バイパス回路85
バイパス回路85は、第2インピーダンス回路72に並列接続されており、第2インピーダンス回路72を迂回する回路である。バイパス回路85は、第2スイッチ62を有している。第2スイッチ62は、バイパス回路85を開閉する。ここで、バイパス回路85を開閉するとは、バイパス回路35を導通又は遮断して非導通にすることである。
(2-5)
The
(2−6)第2スイッチ62
第2スイッチ62は、通常時はバイパス回路85を閉、つまり導通状態にしておく。なぜなら、通常時にバイパス回路85を開(非導通状態)にしておくと、第2インピーダンス回路72で常に電力消費される上に、インバータ95への印加電圧が第2インピーダンス回路72のインピーダンスZbの電圧降下分だけ低くなるからである。
(2-6)
The
他方、過電圧時はインバータ95を保護するためにバイパス回路85を素早く開にして、直流電源部80―過電圧導通回路60―第1インピーダンス回路71―第2インピーダンス回路72―直流電源部80という閉回路を構成する必要がある。そのため、第2スイッチ62には、高速動作が求められる。本実施形態では、スイッチ61と同じスイッチが採用されている。なお、スイッチは本実施形態に限定されない。
On the other hand, in order to protect the
図6に示すように、第2スイッチ62は、入力側(G1−G2間)にフォトカプラ62aの発光ダイオード621が設けられ、出力側(H1−H2間)にトランジスタ62cが設けられている。発光ダイオード621のアノードG1は抵抗R2を介して電源Vcに接続されている。また、発光ダイオード621のカソードG2は信号線を介して制御部40に接続されている。
As shown in FIG. 6, in the
トランジスタ62cのコレクタH1は、電源ライン802のうちの第2インピーダンス回路72とインバータ95との間に接続されている。また、トランジスタ62cのエミッタH2は電源ライン802にうちの第2インピーダンス回路72と直流電源部80との間に接続されている。
The collector H1 of the
第2スイッチ62の動作原理は、スイッチ61の動作原理と同じであるので、ここでは動作説明を省略する。
Since the operation principle of the
(2−7)第3スイッチ63
第3スイッチ63は、電源ライン801を開閉する。ここで、電源ライン801を開閉するとは、電源ライン801を導通又は遮断して非導通にすることである。
(2-7)
The
第3スイッチ63は、通常時は電源ライン801を閉、つまり導通状態にしておく。他方、過電圧時には、スイッチ61がオンし、第2スイッチ62がオフして、直流電源部80―過電圧導通回路60―第1インピーダンス回路71―第2インピーダンス回路72―直流電源部80という閉回路が構成され、インバータ95の保護動作が行われた後に、第3スイッチ63がオフして電源ライン801を遮断する。
The
電源ライン801を遮断する目的は、第1インピーダンス回路71及び第2インピーダンス回路72での電力消費を止めるためであり、第1インピーダンス回路71及び第2インピーダンス回路72の過熱を抑制することができるので、電力定格を小さくすることができ、低コスト化を図ることができる。
The purpose of cutting off the
第3スイッチ63は、スイッチ61及び第2スイッチ62のような高速性は求められないので、本実施形態ではリレー回路が採用されている。
Since the
図6に示すように、第3スイッチ63は、電源ライン801を開閉するリレー接点63aと、リレー接点63aを動作させるリレーコイル63bと、リレーコイル63bへの通電と非通電とを行うトランジスタ63cとを含んでいる。リレーコイル63bの一端は、電源Vbの正極に接続され、他端はトランジスタ63cのコレクタ側に接続されている。制御部40は、トランジスタ63cのベース電流の有無を切り換えて、コレクタとエミッタ間をオンオフし、リレーコイル63bへの通電と非通電を行う。
As shown in FIG. 6, the
(3)過電圧保護回路50の動作
図6において、通常時、過電圧導通回路60のスイッチ61はオフし、バイパス回路85は第2スイッチ62が閉じて導通状態であり、且つ第3スイッチ63は電源ライン801を導通状態にしているので、インバータ95には電圧Va=Vdcが印加されている。
(3) Operation of
直流電源部80の電圧Vdcが急激に増加し、制御部40が電圧検出器83から出力される電圧が閾値を超えたと判定したとき、制御部40はスイッチ61の発光ダイオード611に通電して、トランジスタ61cをオンさせる。同時に制御部40は、第2スイッチ62の発光ダイオード621への通電を停止し、トランジスタ62cをオフさせる。
When the voltage Vdc of the DC
その結果、直流電源部80―過電圧導通回路60―第1インピーダンス回路71―第2インピーダンス回路72―直流電源部80という閉回路が構成される。このとき、インバータ95には電圧Vdcの2つのインピーダンスの比に応じた電圧Va=Vdc×Za/(Za+Zb)しか印加されない。その結果、インバータ95が過電圧から保護される。
As a result, a closed circuit of the DC power supply unit 80-overvoltage conduction circuit 60-first impedance circuit 71-second impedance circuit 72-DC
その後、過電圧状態が続いている場合には、第3スイッチ63が電源ライン801を遮断して、第1インピーダンス回路71及び第2インピーダンス回路72での電力消費を止める。
Thereafter, when the overvoltage state continues, the
商用電源90の電圧Vac及び直流電源部80の電圧Vdcが下がり、電圧検出器83から出力される電圧が復帰のための閾値よりも下がったと制御部40が判定したとき、制御部40はスイッチ61の発光ダイオード611の通電をオフし、トランジスタ61cをオフさせる。同時に制御部40は、第2スイッチ62の発光ダイオード621へ通電し、トランジスタ62cをオンさせる。さらに、第3スイッチ63をオンさせて電源ライン801を接続することで、通常の動作に復帰する。
When the
(4)第5実施形態の特徴
(4−1)
過電圧保護回路100では、通常時は第2スイッチ62をオンにしてバイパス回路85を閉じているので、第2インピーダンス回路72で電力が消費されることはなく、インバータ95への印加電圧が第2インピーダンス回路72での電圧降下分だけ低くなることも回避することができる。
(4) Features of the fifth embodiment (4-1)
In the
(4−2)
また、過電圧時には、過電圧導通回路60のスイッチ61がオンし、第2スイッチ62がオフすることによって、インバータ95には第1インピーダンス回路71と第2インピーダンス回路72のインピーダンスの比に応じた電圧しか印加されないので、インバータ95が過電圧から保護される。
(4-2)
In addition, when overvoltage occurs, the
(4−3)
また、第3スイッチ63が電源ライン801を遮断することによって第1インピーダンス回路71及び第2インピーダンス回路72での電力消費を止める。この結果、第1インピーダンス回路71及び第2インピーダンス回路72の過熱を抑制し、電力定格を小さくすることができる。
(4-3)
Further, the
(4−4)
さらに、直流電源部80の下流側に配置されるスイッチ61、第2スイッチ62は片方向スイッチでよいので、スイッチの低コスト化を図ることができる。
(4-4)
Furthermore, since the
<第6実施形態>
(1)過電圧保護回路100の構成
図7は、本発明の第6実施形態に係る過電圧保護回路100を備えた電力変換装置200の回路図である。図7において、インバータ95は、直流電源部80から一対の電源ライン801,802を介して電力供給されている。過電圧保護回路100の一部は商用電源90と直流電源部80との間に接続され、他の部分は直流電源部80とインバータ95との間に接続されている。
<Sixth Embodiment>
(1) Configuration of
過電圧保護回路100は、過電圧導通回路60と、第1インピーダンス回路71と、第2インピーダンス回路72と、電圧検出器33、バイパス回路85と、第3スイッチ13とを含んでいる。
The
第6実施形態と、既に説明した第5実施形態と異なる点は、過電圧保護回路100の構成要素である電圧検出器と第3スイッチとが商用電源90と直流電源部80との間に設けられていることである。つまり、電圧検出器及び第3スイッチの配置が、第4実施形態における電圧検出器33及び第3スイッチ13の配置と同じである。したがって、電圧検出器及び第3スイッチが直流仕様から交流仕様に置き換えられることに鑑みて、第4実施形態の電圧検出器33及び第3スイッチ13が採用されている。
The difference between the sixth embodiment and the fifth embodiment already described is that a voltage detector and a third switch, which are components of the
したがって、各構成要素の内容は、第4実施形態の電圧検出器33及び第3スイッチ13、第5実施形態の過電圧導通回路60、第1インピーダンス回路71、第2インピーダンス回路72、及びバイパス回路85と同様であるので、ここでは説明を省略し、動作説明のみ行う。
Therefore, the content of each component includes the
(2)過電圧保護回路50の動作
図7において、通常時、過電圧導通回路60のスイッチ61はオフし、バイパス回路85は第2スイッチ62が閉じて導通状態であり、且つ第3スイッチ63は電源ライン901を導通状態にしているので、インバータ95には電圧Va=Vdcが印加されている。
(2) Operation of
商用電源90の電圧Vacの変動によってVacが急激に増加し、制御部40が電圧検出器33から出力される電圧が閾値を超えたと判定したとき、制御部40はスイッチ61の発光ダイオード611に通電して、トランジスタ61cをオンさせる。同時に制御部40は、第2スイッチ62の発光ダイオード621への通電を停止し、トランジスタ62cをオフさせる。
When the
その結果、直流電源部80―過電圧導通回路60―第1インピーダンス回路71―第2インピーダンス回路72―直流電源部80という閉回路が構成される。このとき、インバータ95には電圧Vdcの2つのインピーダンスの比に応じた電圧Va=Vdc×Za/(Za+Zb)しか印加されない。その結果、インバータ95が過電圧から保護される。
As a result, a closed circuit of the DC power supply unit 80-overvoltage conduction circuit 60-first impedance circuit 71-second impedance circuit 72-DC
その後、第3スイッチ13が電源ライン901を遮断して、第1インピーダンス回路71及び第2インピーダンス回路72での電力消費を止める。
Thereafter, the
(3)第6実施形態の特徴
(3−1)
過電圧保護回路100では、通常時は第2スイッチ62をオンにしてバイパス回路85を閉じているので、第2インピーダンス回路72で電力が消費されることはなく、インバータ95への印加電圧が第2インピーダンス回路72での電圧降下分だけ低くなることも回避することができる。
(3) Features of the sixth embodiment (3-1)
In the
(3−2)
また、過電圧時には、過電圧導通回路60のスイッチ61がオンし、第2スイッチ62がオフすることによって、インバータ95には第1インピーダンス回路71と第2インピーダンス回路72のインピーダンスの比に応じた電圧しか印加されないので、インバータ95が過電圧から保護される。
(3-2)
In addition, when overvoltage occurs, the
(3−3)
また、第3スイッチ13が電源ライン901を遮断することによって第1インピーダンス回路71及び第2インピーダンス回路72での電力消費を止める。この結果、第1インピーダンス回路71及び第2インピーダンス回路72の過熱を抑制し、電力定格を小さくすることができる。
(3-3)
Further, the
(3−4)
さらに、直流電源部80の下流側に配置されるスイッチ61、第2スイッチ62は片方向スイッチでよいので、スイッチの低コスト化を図ることができる。
(3-4)
Furthermore, since the
<その他実施形態>
(A)
図1で示す第1実施形態における第2インピーダンス回路22に、図4で示す第3実施形態におけるバイパス回路35を並列接続した実施形態も有効である。
<Other embodiments>
(A)
The embodiment in which the
通常時は第2スイッチ12をオンにしてバイパス回路35を閉じるので、第2インピーダンス回路22で電力が消費されることはなく、機器30への印加電圧が第2インピーダンス回路22での電圧降下分だけ低くなることを回避することができる。
Normally, the
(B)
図1に示す第1実施形態及び図2示す第2実施形態における電源ライン901を、図5で示す第4実施形態における第3スイッチ13で開閉する実施形態も有効である。
(B)
An embodiment in which the
第3スイッチ13が電源ライン901を遮断することによって第1インピーダンス回路21及び第2インピーダンス回路22での電力消費を止めるので、第1インピーダンス回路21及び第2インピーダンス回路22の電力定格を小さくすることができる。
Since the
(C)
図1に示す第1実施形態、図2に示す第2実施形態、及び図4に示す第3実施形態に係る過電圧保護回路50は、いずれも交流電圧に対する過電圧保護回路を実施形態としているが、電源が直流電源である場合、あるいは機器内に交流電源を整流する直流電源部を持つ場合には、各構成要素を交流仕様から直流仕様へ置き換えて直流電源部の下流側に設けてもよい。
(C)
The
(D)
第6実施形態は、第5実施形態から、電圧検出器と第3スイッチとを、商用電源90と直流電源部80との間に設けるように変更したものであるが、電圧検出器のみを商用電源90と直流電源部80との間に設けるようにしてもよい。
(D)
The sixth embodiment is different from the fifth embodiment in that the voltage detector and the third switch are provided between the
(E)
第5実施形態、第6実施形態では、機器の内部に過電圧保護回路を持つ例を示したが、機器はコンバータ回路とインバータ回路を持つものに限定されない。
(E)
In the fifth embodiment and the sixth embodiment, the example in which the overvoltage protection circuit is provided inside the device has been described, but the device is not limited to the one having the converter circuit and the inverter circuit.
(F)
第3実施形態では、機器30の保護動作が行なわれた後に第3スイッチがオフされるものとしたが、保護動作が行なわれてから所定時間経過後に第3スイッチをオフしてもよい。
(F)
In the third embodiment, the third switch is turned off after the protection operation of the
(G)
第3実施形態では、機器30の保護動作が行なわれた後に第3スイッチがオフされるものとしたが、機器電圧Vを検出する機器電圧検出器を更に備え、機器電圧が所定値を超えたときに第3スイッチをオフしてもよい。
(G)
In the third embodiment, the third switch is turned off after the protection operation of the
(H)
第1実施形態では、過電圧時に電流を流す素子としてサージアブソーバを例にとって説明した。この場合には第1実施形態で説明したように、導通時に素子自体で電圧は保持しないため、電源電圧はインピーダンスの比によって分圧されて機器30に印加される。しかし、過電圧導通回路の素子として、バリスタやツェナダイオードなどの導通時に素子自体で所定の電圧を保持するような素子を過電圧回路に適用した場合には、電源電圧からその保持電圧分を除いた電圧がインピーダンスの比によって分圧されることなる。この場合には、素子の保持電圧とインピーダンスで分圧された電圧を加算した電圧しか機器に印加されないので、機器への引加電圧が制限されて、機器を過電圧から保護することができる。
(H)
In the first embodiment, a surge absorber has been described as an example of an element that allows a current to flow during overvoltage. In this case, as described in the first embodiment, since the voltage is not held by the element itself when conducting, the power supply voltage is divided by the impedance ratio and applied to the
本発明は、電源電圧の変動が起こり易い地域で使用される機器、例えば、冷凍装置に有用である。 INDUSTRIAL APPLICABILITY The present invention is useful for equipment used in an area where power supply voltage is likely to fluctuate, such as a refrigeration apparatus.
10,60 過電圧導通回路
11,61 スイッチ
12,62 第2スイッチ
13,63 第3スイッチ
21,71 第1インピーダンス回路
22,72 第2インピーダンス回路
33,83 電圧検出器
35,85 バイパス回路
50,100 過電圧保護回路
80 直流電源部(DC電源、コンバータ回路)
90 商用電源(AC電源)
95 インバータ(インバータ回路)
10, 60
90 Commercial power (AC power)
95 Inverter (Inverter circuit)
Claims (10)
前記電源と前記機器とを結ぶ一対の電源ライン間に前記機器と並列に接続され、過電圧時に電流を流す過電圧導通回路(10,60)と、
一対の前記電源ライン間に前記機器と並列に、且つ前記過電圧導通回路(10,60)と直列に接続される第1インピーダンス回路(21,71)と、
前記電源ラインのうちの前記電源と前記第1インピーダンス回路(21,71)との間に接続される第2インピーダンス回路(22,72)と、
を備える、
過電圧保護回路(50,100)。 An overvoltage protection circuit connected between a power source and a device supplied with power from the power source,
An overvoltage conduction circuit (10, 60) that is connected in parallel with the device between a pair of power supply lines connecting the power source and the device, and causes a current to flow in the event of an overvoltage,
A first impedance circuit (21, 71) connected in parallel with the device between a pair of power supply lines and in series with the overvoltage conduction circuit (10, 60);
A second impedance circuit (22, 72) connected between the power supply of the power supply line and the first impedance circuit (21, 71);
Comprising
Overvoltage protection circuit (50, 100).
請求項1に記載の過電圧保護回路(50,100)。 The overvoltage conduction circuit (10, 60) includes any one of a transient voltage suppressor, a Zener diode, a surge absorber, and an avalanche diode as an element that allows a current to flow when overvoltage occurs.
The overvoltage protection circuit (50, 100) according to claim 1.
前記過電圧導通回路(10,60)は、前記電源ラインと前記第1インピーダンス回路(21,71)との間を開閉するスイッチ(11,61)を有し、
前記スイッチ(11,61)は、前記電圧検出器(33,83)による検出値が所定の閾値を超えたときにオンして前記電源ラインと前記第1インピーダンス回路(21,71)との間を導通させる、
請求項1に記載の過電圧保護回路(50,100)。 A voltage detector (33, 83) for detecting the voltage of the power source;
The overvoltage conduction circuit (10, 60) has a switch (11, 61) for opening and closing between the power supply line and the first impedance circuit (21, 71),
The switch (11, 61) is turned on when a value detected by the voltage detector (33, 83) exceeds a predetermined threshold, and between the power supply line and the first impedance circuit (21, 71). Continuity,
The overvoltage protection circuit (50, 100) according to claim 1.
前記第2インピーダンス回路(22,72)を迂回するバイパス回路(35,85)と、
をさらに備え、
前記バイパス回路(35,85)は、前記バイパス回路(35,85)を開閉する第2スイッチ(12,62)を有し、
前記第2スイッチ(12,62)は、通常時は前記バイパス回路(35,85)を閉じ、前記電圧検出器(33,83)による検出値が所定の閾値を超えたときに前記バイパス回路(35,85)を遮断する、
請求項1又は請求項2に記載の過電圧保護回路(50,100)。 A voltage detector (33, 83) for detecting the voltage of the power source;
A bypass circuit (35, 85) bypassing the second impedance circuit (22, 72);
Further comprising
The bypass circuit (35, 85) has a second switch (12, 62) for opening and closing the bypass circuit (35, 85),
The second switch (12, 62) normally closes the bypass circuit (35, 85), and when the detected value by the voltage detector (33, 83) exceeds a predetermined threshold, 35, 85),
The overvoltage protection circuit (50, 100) according to claim 1 or 2.
前記バイパス回路(35,85)は、前記バイパス回路(35,85)を開閉する第2スイッチ(12,62)を有し、
前記第2スイッチ(12,62)は、通常時は前記バイパス回路(35,85)を閉じ、前記電圧検出器(33,83)による検出値が所定の閾値を超えたときに前記バイパス回路(35,85)を遮断する、
請求項3に記載の過電圧保護回路(50,100)。 A bypass circuit (35, 85) for bypassing the second impedance circuit (22, 72);
The bypass circuit (35, 85) has a second switch (12, 62) for opening and closing the bypass circuit (35, 85),
The second switch (12, 62) normally closes the bypass circuit (35, 85), and when the detected value by the voltage detector (33, 83) exceeds a predetermined threshold, 35, 85),
The overvoltage protection circuit (50, 100) according to claim 3.
前記電源ラインを開閉する第3スイッチ(13,63)と、
をさらに備え、
前記第3スイッチ(13,63)は、通常時は前記電源ラインを導通状態にし、前記電圧検出器(33,83)による検出値が所定の閾値を超えたとき、前記過電圧導通回路(10,60)の導通後に前記電源ラインを遮断する、
請求項1又は請求項2に記載の過電圧保護回路(50,100)。 A voltage detector (33, 83) for detecting the voltage of the power source;
A third switch (13, 63) for opening and closing the power line;
Further comprising
The third switch (13, 63) normally turns on the power supply line, and when the detection value by the voltage detector (33, 83) exceeds a predetermined threshold, the overvoltage conduction circuit (10, 60) shuts off the power line after continuity;
The overvoltage protection circuit (50, 100) according to claim 1 or 2.
前記第3スイッチ(13,63)は、通常時は前記電源ラインを導通状態にし、前記電圧検出器(33,83)による検出値が所定の閾値を超えたとき、前記過電圧導通回路(10,60)の導通後に前記電源ラインを遮断する、
請求項3から請求項5のいずれか1項に記載の過電圧保護回路(50,100)。 A third switch (13, 63) for opening and closing the power line;
The third switch (13, 63) normally turns on the power supply line, and when the detection value by the voltage detector (33, 83) exceeds a predetermined threshold, the overvoltage conduction circuit (10, 60) shuts off the power line after continuity;
The overvoltage protection circuit (50, 100) according to any one of claims 3 to 5.
請求項1から請求項7のいずれか1項に記載の過電圧保護回路(50)。 The power source is an AC power source;
The overvoltage protection circuit (50) according to any one of claims 1 to 7.
請求項1から請求項7のいずれか1項に記載の過電圧保護回路(100)。 The power source is a DC power source;
The overvoltage protection circuit (100) according to any one of claims 1 to 7.
前記直流電圧を交流電圧に変換するインバータ回路(95)と、
請求項1から請求項9のいずれか1項に記載の過電圧保護回路(100)と、
を備える、
電力変換装置。 A converter circuit (80) connected to an AC power source and converting AC voltage to DC voltage;
An inverter circuit (95) for converting the DC voltage into an AC voltage;
Overvoltage protection circuit (100) according to any one of claims 1 to 9,
Comprising
Power conversion device.
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