JP2022139940A - 電源装置 - Google Patents

Abstract

【課題】回路規模を大幅に増大することなく、負荷装置の回生電力及び消費電力に起因する直流バスの電圧の変動を低減し、直流バスの電圧を安定的に維持する。【解決手段】過電圧保護回路２３ａは、直流バス２０ａ，２０ｂの電圧が過電圧しきい値Ｖｔｈ１を超えたとき、電源装置２からモータ４への電力供給を停止する。スイッチＱ１及び抵抗Ｒ１は、直流バス２０ａ，２０ｂに接続される。放電制御回路２６は、直流バス２０ａ，２０ｂの電圧が放電しきい値Ｖｔｈ３を超えたとき、直流バス２０ａ，２０ｂの電力を消費して直流バス２０ａ，２０ｂの電圧を低下させるようにスイッチＱ１を制御する。【選択図】図３

Description

本開示は、電源装置に関する。

負荷装置がモータを含む場合、モータによって発生した回生電力がその前段の回路（モータコントローラ、電源装置など）に流れることがある。例えば、特許文献１は、モータによって回生電力が発生する場合、電力変動を吸収して電源品質を維持する直流安定化電源システムを開示している。

特許第６５０２７５８号公報

モータによって回生電力が発生する場合、その前段の回路、例えば電源装置の直流バスの電圧が上昇することがある。通常、電源装置は、直流バスの電圧が上昇すると、さらなる電力供給が不要と判断し、回路の動作（例えば、インバータのスイッチング動作）を停止する。回路の動作が停止している期間に負荷装置の消費電力が急激に増大した場合、負荷装置に必要な電力を供給するまでの応答に時間がかかり、直流バスの電圧が低下することがある。従って、負荷装置の回生電力及び消費電力が急激に変動する場合であっても、直流バスの電圧の変動を低減し、直流バスの電圧を安定的に維持することが求められる。

また、負荷装置の回生電力及び消費電力に起因する直流バスの電圧の変動を低減するために、例えば、直流バスに多数のコンデンサを接続することが考えられる。しかしながら、この場合、多数のコンデンサを実装するために、電源装置のサイズが増大する。また、回生電力をコンデンサで単純に受けるだけなので、直流バスの電圧自体は上昇し、直流バスの電圧の変動を十分に低減することができない。

本開示の目的は、回路規模を大幅に増大することなく、負荷装置の回生電力及び消費電力に起因する直流バスの電圧の変動を低減し、直流バスの電圧を安定的に維持することができる電源装置を提供することにある。

本開示の一側面に係る電源装置によれば、
負荷装置に直流電力を供給する電源装置であって、
前記負荷装置に接続される直流バスと、
前記直流バスの電圧が予め決められた過電圧しきい値を超えたとき、前記電源装置から前記負荷装置への電力供給を停止する過電圧保護回路と、
前記直流バスに接続された放電回路と、
前記直流バスの電圧が、前記直流バスの目標電圧よりも高くかつ前記過電圧しきい値よりも低い放電しきい値を超えたとき、前記直流バスの電力を消費して前記直流バスの電圧を低下させるように前記放電回路を制御する放電制御回路とを備える。

これにより、回路規模を大幅に増大することなく、負荷装置の回生電力及び消費電力に起因する直流バスの電圧の変動を低減し、直流バスの電圧を安定的に維持することができる。

本開示の一側面に係る電源装置によれば、
前記放電制御回路は、前記過電圧保護回路が前記直流バスの電圧をモニタリングする第１のノードよりも前記負荷装置に近い第２のノードにおいて前記直流バスの電圧をモニタリングし、
前記電源装置は、前記第２のノードから前記第１のノードに流れる電流を阻止するダイオードをさらに備える。

これにより、過電圧しきい値が回生しきい値よりも低くても、電源装置から負荷装置への電力供給を停止することなく、放電回路を用いて回生電力を消費することができ、また、負荷装置自体により回生電力を消費させることができる。

本開示の一側面に係る電源装置によれば、
前記電源装置は、
トランスと、
前記トランスの一次側に設けられ、入力電圧を出力電圧に変換して前記トランスに供給する電力変換回路と、
前記トランスの一次側に設けられ、前記電力変換回路の出力電圧を制御する電圧制御回路と、
前記トランスの二次側に設けられ、前記直流バスの電圧をモニタリングする電圧フィードバック回路とをさらに備え、
前記過電圧保護回路、前記電圧制御回路、及び前記放電制御回路は、前記電圧フィードバック回路から前記直流バスの電圧を取得する。

これにより、過電圧保護回路、電圧制御回路、及び放電制御回路は、直流バスの電圧をモニタリングすることができる。

本開示の一側面に係る電源装置によれば、
前記電圧フィードバック回路は、前記直流バスの目標電圧を設定する可変抵抗を備え、
前記放電制御回路は、前記可変抵抗に印加される電圧を、前記直流バスの電圧として取得する。

これにより、直流バスの目標電圧の増減に応じて放電しきい値を変化させることができる。

本開示の一側面に係る電源装置によれば、
前記電源装置は、前記電力変換回路又は前記電圧制御回路の異常を判定する異常判定回路をさらに備え、
前記異常判定回路は、前記電力変換回路又は前記電圧制御回路に異常が生じたとき、前記直流バスの電力の消費を停止するように前記放電回路を制御する。

これにより、電力変換回路又は電圧制御回路に異常が生じても、放電回路の過度な発熱を防止することができる。

本開示の一側面に係る電源装置によれば、
前記放電しきい値はヒステリシスを有する。

これにより、放電回路がオン及びオフの間で遷移する回数を低減し、電源装置を安定的に動作させることができる。

本開示の一側面に係る電源装置によれば、
前記負荷装置はモータを含む。

これにより、電源装置は、回生電力を発生する負荷装置に電力を供給することができる。

本開示の一側面に係る電源装置によれば、回路規模を大幅に増大することなく、負荷装置の回生電力及び消費電力に起因する直流バスの電圧の変動を低減し、直流バスの電圧を安定的に維持することができる。

第１の実施形態に係る電力システムの構成の一例を示すブロック図である。 図１の電力システムの直流バス２０ａ，２０ｂの電圧の一例を示すグラフである。 図１の電源装置２の構成の一例を示す回路図である。 第１の実施形態の第１の変形例に係る電源装置２Ａの構成の一例を示す回路図である。 第１の実施形態の第２の変形例に係る電源装置２Ｂの構成の一例を示す回路図である。 第２の実施形態に係る電力システムの構成の一例を示すブロック図である。 図６の電源装置２Ｃの構成の一例を示す回路図である。 第２の実施形態の変形例に係る電源装置２Ｄの構成の一例を示す回路図である。

以下、本開示の一側面に係る実施形態を、図面に基づいて説明する。各図面において、同じ符号は同様の構成要素を示す。

［適用例］
図１は、第１の実施形態に係る電力システムの構成の一例を示すブロック図である。
図１の電力システムは、交流電源１、電源装置２、モータコントローラ３、及びモータ４を備える。

交流電源１は、例えば、商用の単相又は三相交流電源であってもよい。

電源装置２は、交流電源１から電力供給を受けて、負荷装置であるモータコントローラ３及びモータ４に直流電力を供給する。電源装置２は、少なくとも、直流バス２０ａ，２０ｂ、過電圧保護回路２３ａ、スイッチＱ１、抵抗Ｒ１、及び放電制御回路２６を備える。直流バス２０ａ，２０ｂは、モータコントローラ３及びモータ４に接続される。過電圧保護回路２３ａは、直流バス２０ａ，２０ｂの電圧が予め決められた過電圧しきい値を超えたとき、電源装置２からモータコントローラ３及びモータ４への電力供給を停止する。直流バス２０ａ，２０ｂの電圧は、正極の直流バス２０ａ及び負極の直流バス２０ｂにわたる電位差を示す。スイッチＱ１及び抵抗Ｒ１は、直流バス２０ａ，２０ｂに接続される放電回路である。スイッチＱ１は、例えば電界効果トランジスタである。放電制御回路２６は、直流バス２０ａ，２０ｂの電圧が、直流バス２０ａ，２０ｂの目標電圧よりも高くかつ過電圧しきい値よりも低い放電しきい値を超えたとき、スイッチＱ１をオンし、これにより、直流バス２０ａ，２０ｂの電力を抵抗Ｒ１により消費して直流バス２０ａ，２０ｂの電圧を低下させる。

モータコントローラ３は、電源装置２から電力供給を受けて、モータ４の動作を制御する。モータ４は回生電力を発生することがあり、発生した回生電力は、モータコントローラ３を介して電源装置２の直流バス２０ａ，２０ｂに流れる。モータコントローラ３は、回生電力に起因してその内部バス（図示せず）の電圧が予め決められた回生しきい値を超えたとき、回生電力を消費して内部バスの電圧を低下させる回生制御回路３ａを備える。

図２は、図１の電力システムの直流バス２０ａ，２０ｂの電圧の一例を示すグラフである。Ｖ０は、直流バス２０ａ，２０ｂの目標電圧を示し、電源装置２は、直流バス２０ａ，２０ｂの電圧を目標電圧Ｖ０に一致させる又は近づけるように動作する。Ｖｔｈ１は、過電圧保護回路２３ａの過電圧しきい値を示す。Ｖｔｈ２は、回生制御回路３ａの回生しきい値を示す。Ｖｔｈ３は、放電制御回路２６の放電しきい値を示す。

直流バス２０ａ，２０ｂの電圧が過電圧しきい値Ｖｔｈ１を超えたとき（時刻ｔ３）、前述したように、過電圧保護回路２３ａは、電源装置２からモータコントローラ３及びモータ４への電力供給を停止し、これにより、直流バス２０ａ，２０ｂの電圧はゼロになる。また、モータ４の回生電力に起因してモータコントローラ３の内部バスの電圧が回生しきい値Ｖｔｈ２を超えたとき、直流バス２０ａ，２０ｂの電圧もまた回生しきい値Ｖｔｈ２を超える（時刻ｔ２）。このとき、前述したように、回生制御回路３ａは、回生電力を消費して内部バスの電圧を低下させ、これにより、直流バス２０ａ，２０ｂの電圧は目標電圧Ｖ０まで低下する。ただし、回生しきい値Ｖｔｈ２はある程度の大きさを有し、モータコントローラ３の内部バスの電圧が回生しきい値Ｖｔｈ２を超えないうちは回生制御回路３ａは動作せず、内部バス及び直流バス２０ａ，２０ｂの電圧を低下させることができない。これに対して、図１の電源装置２によれば、回生しきい値Ｖｔｈ２よりも小さい放電しきい値Ｖｔｈ３を設定することにより、直流バス２０ａ，２０ｂの電圧の増大に応じてすぐにスイッチＱ１をオンし、直流バス２０ａ，２０ｂの電圧をすぐに低下させることができる。

実施形態に係る電源装置２によれば、多数のコンデンサを実装することなく、直流バス２０ａ，２０ｂの電圧の変動を低減することができる。また、実施形態に係る電源装置２によれば、モータ４の回生電力に起因して直流バス２０ａ，２０ｂの電圧が上昇したとき、スイッチＱ１をオンして直流バス２０ａ，２０ｂの電力を抵抗Ｒ１により消費することにより、モータ４の回生電力に起因する直流バス２０ａ，２０ｂの電圧の変動を低減することができる。また、実施形態に係る電源装置２によれば、モータ４の回生電力に起因して直流バス２０ａ，２０ｂの電圧が上昇したとき、電源装置２からモータコントローラ３及びモータ４への電力供給を停止することなく継続する。従って、その後、モータ４の消費電力が急激に増大しても、電源装置２は、その出力電力を速やかに増大させ、モータ４に必要な電力を供給することができる。このように、実施形態に係る電源装置２によれば、回路規模を大幅に増大することなく、モータ４の回生電力及び消費電力に起因する直流バス２０ａ，２０ｂの電圧の変動を低減し、直流バス２０ａ，２０ｂの電圧を安定的に維持することができる。

［第１の実施形態］
以下、第１の実施形態に係る電源装置についてさらに説明する。

［第１の実施形態の構成例］
図１を参照すると、電源装置２は、直流バス２０ａ，２０ｂ、過電圧保護回路２３ａ、スイッチＱ１、抵抗Ｒ１、及び放電制御回路２６に加えて、整流回路２１、インバータ２２、電圧制御回路２３、トランスＴ１、整流回路２４、及び電圧フィードバック回路２５を備える。

整流回路２１は、交流電源１から供給された交流電力を直流電力に整流する。インバータ２２は、トランスＴ１の一次側に設けられ、整流回路２１から入力された直流電力を所定電圧の交流電力に変換してトランスＴ１に供給する電力変換回路である。電圧制御回路２３は、トランスＴ１の一次側に設けられ、インバータ２２の出力電圧（すなわち、トランスＴ１の一次巻線に印加される電圧）を制御する。図１の例では、過電圧保護回路２３ａは電圧制御回路２３に一体化されている。整流回路２４は、トランスＴ１の二次巻線に発生した交流電力を整流して直流バス２０ａ，２０ｂに出力する。電圧フィードバック回路２５は、トランスＴ１の二次側に設けられ、直流バス２０ａ，２０ｂの電圧をモニタリングする。電圧制御回路２３及び過電圧保護回路２３ａは、電圧フィードバック回路２５から直流バス２０ａ，２０ｂの電圧を取得する。電圧制御回路２３は、直流バス２０ａ，２０ｂの電圧に基づいて、直流バス２０ａ，２０ｂの電圧を目標電圧Ｖ０に一致させる又は近づけるように、インバータ２２の出力電圧を制御する。

図１の例では、電源装置２は、トランスＴ１を含む絶縁型の電力変換回路として構成される。

図３は、図１の電源装置２の構成の一例を示す回路図である。図３は、図示の簡単化のため、トランスＴ１の二次側回路のみを示す。電源装置２は、図１を参照して説明した整流回路２４、電圧フィードバック回路２５、放電制御回路２６、スイッチＱ１、及び抵抗Ｒ１を備え、さらに、電解コンデンサＣ２及び抵抗Ｒ５，Ｒ６を備える。

整流回路２４は、ダイオードＤ１及び電解コンデンサＣ１を備える。ダイオードＤ１は、トランスＴ１の二次巻線に接続される。電解コンデンサＣ１は、直流バス２０ａ，２０ｂにわたって接続され、ダイオードＤ１によって整流された電圧を平滑化する。

電圧フィードバック回路２５は、抵抗Ｒ２～Ｒ４、可変抵抗ＲＶ、シャントレギュレータＳＲ１、及び発光ダイオードＬＥＤを備える。抵抗Ｒ２、シャントレギュレータＳＲ１、及び発光ダイオードＬＥＤは、直流バス２０ａ，２０ｂにわたって直列に接続される。抵抗Ｒ３，Ｒ４もまた直流バス２０ａ，２０ｂにわたって直列に接続され、抵抗Ｒ４に並列に可変抵抗ＲＶが接続される。可変抵抗ＲＶの抵抗値に応じて、直流バス２０ａ，２０ｂの目標電圧が設定される。直流バス２０ａ，２０ｂの電圧が抵抗Ｒ３，Ｒ４及び可変抵抗ＲＶによって分圧され、分圧された電圧がシャントレギュレータＳＲ１の基準端子に印加される。発光ダイオードＬＥＤは、トランスＴ１の一次側回路に設けられたフォトトランジスタ（図示せず）とともにフォトカプラを構成し、ノードＮ１における直流バス２０ａ，２０ｂの電圧を電圧制御回路２３及び過電圧保護回路２３ａに通知する。

抵抗Ｒ５，Ｒ６は、直流バス２０ａ，２０ｂにわたって直列に接続され、ノードＮ２における直流バス２０ａ，２０ｂの電圧を分圧して放電制御回路２６に送る。

電解コンデンサＣ２は、直流バス２０ａ，２０ｂにわたって接続され、直流バス２０ａ，２０ｂの電圧を平滑化する。

放電制御回路２６は、抵抗Ｒ７～Ｒ９、スイッチＱ２、比較器ＣＭＰ１、及びダイオードＤ２を備える。抵抗Ｒ７～Ｒ９及びスイッチＱ２は、放電しきい値Ｖｔｈ３に対応する基準電圧の電圧源である。比較器ＣＭＰ１は、抵抗Ｒ５，Ｒ６によって分圧された直流バス２０ａ，２０ｂの電圧と、放電しきい値Ｖｔｈ３とを比較し、直流バス２０ａ，２０ｂの電圧が放電しきい値Ｖｔｈ３を超えたとき、スイッチＱ１をオンする。図３の例では、放電しきい値Ｖｔｈ３はヒステリシスを有する。スイッチＱ１をオンしたとき、同時に、スイッチＱ２もオンされるので、放電しきい値Ｖｔｈ３が変化する。例えば、直流バス２０ａ，２０ｂの目標電圧Ｖ０が４８Ｖであるとき、スイッチＱ１をオンする放電しきい値Ｖｔｈ３は５５Ｖに設定され、スイッチＱ１をオフする放電しきい値Ｖｔｈ３は５０Ｖに設定される。

図３の例では、スイッチＱ１をオンしたとき、スイッチＱ１及び抵抗Ｒ１には定電流が流れる。

回生しきい値Ｖｔｈ２が過電圧しきい値Ｖｔｈ１よりも高い場合、回生電力に起因して直流バス２０ａ，２０ｂの電圧が上昇すると、回生制御回路３ａが動作する前に、過電圧保護回路２３ａが、電源装置２からモータコントローラ３及びモータ４への電力供給を停止する。電源装置２からモータコントローラ３及びモータ４への電力供給を停止することなく回生制御回路３ａを動作させるために、電源装置２及びモータコントローラ３は、常にＶｔｈ１＞Ｖｔｈ２を満たすように構成される必要がある。

［第１の実施形態の変形例］
図４は、第１の実施形態の第１の変形例に係る電源装置２Ａの構成の一例を示す回路図である。電源装置２Ａは、図３の電源装置２から抵抗Ｒ５，Ｒ６を除去した構成を有する。さらに、図４によれば、放電制御回路２６は、電圧フィードバック回路２５から直流バス２０ａ，２０ｂの電圧を取得する。詳しくは、放電制御回路２６は、抵抗Ｒ３，Ｒ４及び可変抵抗ＲＶによって分圧されたノードＮ２における直流バス２０ａ，２０ｂの電圧、すなわち可変抵抗ＲＶに印加される電圧を、直流バス２０ａ，２０ｂの電圧として取得する。比較器ＣＭＰ１は、可変抵抗ＲＶに印加される電圧と、放電しきい値Ｖｔｈ３とを比較する。前述したように、直流バス２０ａ，２０ｂの目標電圧Ｖ０は、可変抵抗ＲＶの抵抗値に応じて設定される。図４の電源装置２Ａによれば、可変抵抗ＲＶの抵抗値を変化させることにより直流バス２０ａ，２０ｂの電圧が変化しても、電圧フィードバック回路２５から比較器ＣＭＰ１に入力される電圧は、可変抵抗ＲＶの抵抗値を変化させる前と同じである。従って、放電しきい値Ｖｔｈ３は、等価的に、直流バス２０ａ，２０ｂの目標電圧Ｖ０の増減に応じて変化する。図４の電源装置２Ａによれば、放電制御回路２６は、直流バス２０ａ，２０ｂの目標電圧Ｖ０の大きさにかかわらず、直流バス２０ａ，２０ｂの電圧が目標電圧Ｖ０の予め決められた定数倍、例えば１．３倍になったとき、スイッチＱ１をオンするように動作可能である。例えば、目標電圧Ｖ０が５０Ｖである場合、放電制御回路２６は、直流バス２０ａ，２０ｂの電圧が６５Ｖになったとき、スイッチＱ１をオンする。また、目標電圧Ｖ０が５５Ｖである場合、放電制御回路２６は、直流バス２０ａ，２０ｂの電圧が７１．５Ｖになったとき、スイッチＱ１をオンする。

図５は、第１の実施形態の第２の変形例に係る電源装置２Ｂの構成の一例を示す回路図である。電源装置２Ｂは、図４の電源装置２Ａの各構成要素に加えて、ダイオードＤ３を備える。前述したように、過電圧保護回路２３ａは、ノードＮ１における直流バス２０ａ，２０ｂの電圧を電圧フィードバック回路２５から取得する。また、放電制御回路２６は、抵抗Ｒ３，Ｒ４及び可変抵抗ＲＶによって分圧されたノードＮ２における直流バス２０ａ，２０ｂの電圧を、電圧フィードバック回路２５から取得する。ノードＮ２は、ノードＮ１よりもモータコントローラ３に近接して設けられる。ダイオードＤ３は、ノードＮ２からノードＮ１に流れる電流を阻止するように直流バス２０ａに挿入される。図３の電源装置２及び図４の電源装置２Ａの構成では、前述したように、電源装置２からモータコントローラ３及びモータ４への電力供給を停止することなく回生制御回路３ａを動作させるために、電源装置２及びモータコントローラ３は、常にＶｔｈ１＞Ｖｔｈ２を満たすように構成される必要があった。一方、図４の電源装置２Ｂによれば、ノードＮ１及びＮ２の間にダイオードＤ３を挿入したことにより、回生電力に起因してノードＮ２の電圧が上昇してもノードＮ１の電圧は上昇しないので、電源装置２Ｂからモータコントローラ３及びモータ４への電力供給を過電圧保護回路２３ａが誤って停止することを防止することができる。従って、図４の電源装置２Ｂによれば、Ｖｔｈ１＜Ｖｔｈ２であっても、電源装置２からモータコントローラ３及びモータ４への電力供給を停止することなく、放電制御回路２６、スイッチＱ１、及び抵抗Ｒ１を用いて回生電力を消費することができ、また、回生制御回路３ａを動作させることができる。

なお、図５の例では、電圧制御回路２３は、ノードＮ２における直流バス２０ａ，２０ｂの電圧を電圧フィードバック回路２５から取得する。前述したように、シャントレギュレータＳＲ１の基準端子には、抵抗Ｒ３，Ｒ４及び可変抵抗ＲＶによって分圧されたノードＮ２における直流バス２０ａ，２０ｂの電圧が印加され、この電圧は、発光ダイオードＬＥＤを含むフォトカプラを介して電圧制御回路２３に通知される。

［第１の実施形態の効果］
第１の実施形態に係る電源装置２，２Ａ，２Ｂによれば、回路規模を大幅に増大することなく、モータ４の回生電力及び消費電力に起因する直流バス２０ａ，２０ｂの電圧の変動を低減し、直流バス２０ａ，２０ｂの電圧を安定的に維持することができる。

［第２の実施形態］
以下、第２の実施形態に係る電源装置について説明する。

［第２の実施形態の構成例］
図６は、第２の実施形態に係る電力システムの構成の一例を示すブロック図である。図６の電力システムは、図１の電力システムの電源装置２に代えて電源装置２Ｃを備える。電源装置２Ｃは、図１の電源装置２の各構成要素に加えて、異常判定回路２７及びスイッチＱ３を備える。

異常判定回路２７は、トランスＴ１の一次側回路、すなわち、インバータ２２又は電圧制御回路２３の異常を判定する。インバータ２２又は電圧制御回路２３の異常は、例えば、インバータ２２又は電圧制御回路２３の故障に起因して、又は、電圧のフィードバックの失敗に起因して、インバータ２２から過大な出力電圧が発生することを含む。スイッチＱ１のゲートは、スイッチＱ３を介して接地される。異常判定回路２７は、インバータ２２又は電圧制御回路２３に異常が生じたとき、スイッチＱ３をオンすることにより、直流バス２０ａ，２０ｂの電力の消費を停止するようにスイッチＱ１を制御する。

図７は、図６の電源装置２Ｃの構成の一例を示す回路図である。図７は、図示の簡単化のため、トランスＴ１の二次側回路のみを示す。異常判定回路２７は、基準電圧源Ｅ１及び比較器ＣＭＰ２を備える。比較器ＣＭＰ２は、トランスＴ１の二次側回路のいずれかのノードにおける電圧と、基準電圧源Ｅ１の電圧とを比較し、電圧フィードバック回路２５の電圧が基準電圧源Ｅ１の電圧を超えたとき、インバータ２２又は電圧制御回路２３に異常が生じたと判断する。図７の例では、比較器ＣＭＰ２はノードＮ１の電圧をモニタリングする。インバータ２２又は電圧制御回路２３に異常が生じてトランスＴ１の一次側回路に過大な電圧が発生すると、トランスＴ１の二次側回路におけるノードＮ１の電圧が上昇する。前述したように、ダイオードＤ３は、ノードＮ２からノードＮ１に流れる電流を阻止するように直流バス２０ａに挿入されるので、ノードＮ１の電圧は、モータ４の回生電力によっては上昇しない。電源装置２Ｃの他の構成要素は、図５の電源装置２Ｂの対応する構成要素と同様に構成される。直流バス２０ａ，２０ｂの電圧が異常に上昇した場合、放電制御回路２６がスイッチＱ１をオンすると、スイッチＱ１及び抵抗Ｒ１が過度に発熱して破損するおそれがある。これに対して、図７の電源装置２Ｃは、インバータ２２又は電圧制御回路２３に異常が生じたと判断したとき、スイッチＱ３をオンすることによりスイッチＱ１を強制的にオフする。これにより、インバータ２２又は電圧制御回路２３に異常が生じても、スイッチＱ１及び抵抗Ｒ１の過度な発熱を防止することができる。

［第２の実施形態の変形例］
図８は、第２の実施形態の変形例に係る電源装置２Ｄの構成の一例を示す回路図である。電源装置２Ｄは、図７の電圧フィードバック回路２５及び放電制御回路２６に代えて、電圧フィードバック回路２５Ｄ及び放電制御回路２６Ｄを備え、また、抵抗Ｒ１５，Ｒ１６をさらに備える。

電圧フィードバック回路２５Ｄは、図７の電圧フィードバック回路２５から可変抵抗ＲＶを除去した構成を有する。

放電制御回路２６Ｄは、抵抗Ｒ１１～Ｒ１４、シャントレギュレータＳＲ２、スイッチＱ１１、及びダイオードＤ１１を備える。スイッチＱ１１は、例えばバイポーラトランジスタである。スイッチＱ１１のエミッタは直流バス２０ａに接続され、コレクタは互いに直列接続された抵抗Ｒ１５，Ｒ１６を介して接地される。抵抗Ｒ１５，Ｒ１６の間の接続点はスイッチＱ１のゲートに接続される。スイッチＱ１１のベースは、抵抗Ｒ１３を介して、シャントレギュレータＳＲ２のカソードに接続される。抵抗Ｒ１１，Ｒ１２は、ノードＮ２における直流バス２０ａ，２０ｂの電圧を分圧し、分割された電圧をシャントレギュレータＳＲ２の制御端子に印加し、また、分割された電圧を、抵抗Ｒ１４を介してダイオードＤ１１のカソードに印加する。ダイオードＤ１１のアノードはスイッチＱ１１のコレクタに接続される。直流バス２０ａ，２０ｂの電圧が上昇すると、シャントレギュレータＳＲ２のカソードがローレベルになり、スイッチＱ１１がオンされる。これにより、スイッチＱ１のゲート電圧がハイレベルになり、スイッチＱ１がオンされる。ダイオードＤ１１及び抵抗Ｒ１４により、スイッチＱ１をオンする放電しきい値Ｖｔｈ３はヒステリシスを有する。

ダイオードＤ３は、ノードＮ２からノードＮ１に流れる電流を阻止するように直流バス２０ａに挿入される。

図８の電源装置２Ｄによれば、異常判定回路２７を備えたことにより、図７の電源装置２Ｃと同様に、インバータ２２又は電圧制御回路２３に異常が生じても、スイッチＱ１及び抵抗Ｒ１の過度な発熱を防止することができる。

［第２の実施形態の効果］
第２の実施形態に係る電源装置２Ｃ，２Ｄによれば、第１の実施形態に係る電源装置２，２Ａ，２Ｂと同様に、回路規模を大幅に増大することなく、モータ４の回生電力及び消費電力に起因する直流バス２０ａ，２０ｂの電圧の変動を低減し、直流バス２０ａ，２０ｂの電圧を安定的に維持することができる。また、第２の実施形態に係る電源装置２Ｃ，２Ｄによれば、インバータ２２又は電圧制御回路２３に異常が生じても、スイッチＱ１及び抵抗Ｒ１の過度な発熱を防止することができる。

［他の変形例］
以上、本開示の実施形態を詳細に説明してきたが、前述までの説明はあらゆる点において本開示の例示に過ぎない。本開示の範囲を逸脱することなく種々の改良や変形を行うことができることは言うまでもない。例えば、以下のような変更が可能である。なお、以下では、上記実施形態と同様の構成要素に関しては同様の符号を用い、上記実施形態と同様の点については、適宜説明を省略した。以下の変形例は適宜組み合わせ可能である。

図３等の例では、整流回路２４が１つのダイオードＤ１を含む半波整流回路として構成される場合について説明したが、整流回路は全波整流回路として構成されてもよい。

また、電源装置は、交流電源ではなく直流電源から電力供給を受けるように構成されてもよい。

また、電源装置は、トランスを含まない非絶縁型の電力変換回路として構成されてもよい。

図１及び図６の例では、回生制御回路３ａがモータコントローラ３に一体化されるように示したが、回生制御回路３ａはモータコントローラ３とは別個に設けられてもよい。

また、電源装置は、モータコントローラ３及びモータ４に限らず、回生電力を発生する任意の負荷装置に電力を供給するように構成されてもよい。

［まとめ］
本開示の各側面に係る電源装置は、以下のように表現されてもよい。

本開示の一側面に係る電源装置２，２Ａ～２Ｄによれば、負荷装置に直流電力を供給する電源装置２，２Ａ～２Ｄが提供される。電源装置２は、直流バス２０ａ，２０ｂ、過電圧保護回路２３ａ、放電回路、及び放電制御回路２６を備える。直流バス２０ａ，２０ｂは、負荷装置に接続される。過電圧保護回路２３ａは、直流バス２０ａ，２０ｂの電圧が予め決められた過電圧しきい値を超えたとき、電源装置２から負荷装置への電力供給を停止する。放電回路は、直流バス２０ａ，２０ｂに接続される。放電制御回路２６は、直流バス２０ａ，２０ｂの電圧が、直流バス２０ａ，２０ｂの目標電圧よりも高くかつ過電圧しきい値よりも低い放電しきい値を超えたとき、直流バス２０ａ，２０ｂの電力を消費して直流バス２０ａ，２０ｂの電圧を低下させるように放電回路を制御する。

本開示の一側面に係る電源装置２Ｂ～２Ｄによれば、放電制御回路２６は、過電圧保護回路２３ａが直流バス２０ａ，２０ｂの電圧をモニタリングする第１のノードＮ１よりも負荷装置に近い第２のノードＮ２において直流バス２０ａ，２０ｂの電圧をモニタリングする。電源装置２は、第２のノードＮ２から第１のノードＮ１に流れる電流を阻止するダイオードＤ３をさらに備える。

本開示の一側面に係る電源装置２Ａ～２Ｃによれば、電源装置２Ａ～２Ｃは、トランスＴ１、インバータ２２、電圧制御回路２３、及び電圧フィードバック回路２５をさらに備える。インバータ２２は、トランスＴ１の一次側に設けられ、入力電圧を出力電圧に変換してトランスＴ１に供給する。電圧制御回路２３は、トランスＴ１の一次側に設けられ、インバータ２２の出力電圧を制御する。電圧フィードバック回路２５は、トランスＴ１の二次側に設けられ、直流バス２０ａ，２０ｂの電圧をモニタリングする。過電圧保護回路２３ａ、電圧制御回路２３、及び放電制御回路２６は、電圧フィードバック回路２５から直流バス２０ａ，２０ｂの電圧を取得する。

本開示の一側面に係る電源装置２Ｂ，２Ｃによれば、電圧フィードバック回路２５は、直流バス２０ａ，２０ｂの目標電圧を設定する可変抵抗ＲＶを備える。放電制御回路２６は、可変抵抗ＲＶに印加される電圧を、直流バス２０ａ，２０ｂの電圧として取得する。

本開示の一側面に係る電源装置２Ｃ，２Ｄによれば、電源装置２Ｃ，２Ｄは、インバータ２２又は電圧制御回路２３の異常を判定する異常判定回路２７をさらに備える。異常判定回路２７は、インバータ２２又は電圧制御回路２３に異常が生じたとき、直流バス２０ａ，２０ｂの電力の消費を停止するように放電回路を制御する。

本開示の一側面に係る電源装置２，２Ａ～２Ｄによれば、放電しきい値はヒステリシスを有する。

本開示の一側面に係る電源装置２，２Ａ～２Ｄによれば、負荷装置はモータ４を含む。

本開示の各側面に係る電源装置は、回生電力を発生する負荷装置に電力を供給するために使用可能である。

１ 交流電源
２，２Ａ～２Ｄ 電源装置
３ モータコントローラ
３ａ 回生制御回路
４ モータ
２０ａ，２０ｂ 直流バス
２１ 整流回路
２２ インバータ
２３ 電圧制御回路
２３ａ 過電圧保護回路
２４ 整流回路
２５，２５Ｄ 電圧フィードバック回路
２６ 放電制御回路
２７ 異常判定回路
Ｃ１，Ｃ２ 電解コンデンサ
ＣＭＰ１，ＣＭＰ２ 比較器
Ｄ１～Ｄ３，Ｄ１１ ダイオード
Ｅ１ 基準電圧源
ＬＥＤ 発光ダイオード
Ｑ１～Ｑ３ スイッチ
Ｒ１～Ｒ９，Ｒ１１～Ｒ１６ 抵抗
ＳＲ１，ＳＲ２ シャントレギュレータ
Ｔ１ トランス
ＲＶ 可変抵抗

Claims (7)

1. 負荷装置に直流電力を供給する電源装置であって、
   前記負荷装置に接続される直流バスと、
   前記直流バスの電圧が予め決められた過電圧しきい値を超えたとき、前記電源装置から前記負荷装置への電力供給を停止する過電圧保護回路と、
   前記直流バスに接続された放電回路と、
   前記直流バスの電圧が、前記直流バスの目標電圧よりも高くかつ前記過電圧しきい値よりも低い放電しきい値を超えたとき、前記直流バスの電力を消費して前記直流バスの電圧を低下させるように前記放電回路を制御する放電制御回路とを備える、
   電源装置。
2. 前記放電制御回路は、前記過電圧保護回路が前記直流バスの電圧をモニタリングする第１のノードよりも前記負荷装置に近い第２のノードにおいて前記直流バスの電圧をモニタリングし、
   前記電源装置は、前記第２のノードから前記第１のノードに流れる電流を阻止するダイオードをさらに備える、
   請求項１記載の電源装置。
3. 前記電源装置は、
   トランスと、
   前記トランスの一次側に設けられ、入力電圧を出力電圧に変換して前記トランスに供給する電力変換回路と、
   前記トランスの一次側に設けられ、前記電力変換回路の出力電圧を制御する電圧制御回路と、
   前記トランスの二次側に設けられ、前記直流バスの電圧をモニタリングする電圧フィードバック回路とをさらに備え、
   前記過電圧保護回路、前記電圧制御回路、及び前記放電制御回路は、前記電圧フィードバック回路から前記直流バスの電圧を取得する、
   請求項１又は２記載の電源装置。
4. 前記電圧フィードバック回路は、前記直流バスの目標電圧を設定する可変抵抗を備え、
   前記放電制御回路は、前記可変抵抗に印加される電圧を、前記直流バスの電圧として取得する、
   請求項３記載の電源装置。
5. 前記電源装置は、前記電力変換回路又は前記電圧制御回路の異常を判定する異常判定回路をさらに備え、
   前記異常判定回路は、前記電力変換回路又は前記電圧制御回路に異常が生じたとき、前記直流バスの電力の消費を停止するように前記放電回路を制御する、
   請求項３又は４記載の電源装置。
6. 前記放電しきい値はヒステリシスを有する、
   請求項１～５のうちの１つに記載の電源装置。
7. 前記負荷装置はモータを含む、
   請求項１～６のうちの１つに記載の電源装置。

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