JP2909998B2 - 突入電流防止回路 - Google Patents

Description

【発明の詳細な説明】 （産業上の利用分野） 本発明は、電源投入時等における突入電流を防止する
ための回路に関する。

（従来の技術） 第６図に示すように、商用交流電源42を電源スイッチ
43を介してトランス54に導入し、トランス54の出力を整
流器13で整流し、平滑用コンデンサ６で平滑して直流電
源として出力するようにしたコンデンサインプット型の
電源装置が広く知られている。かかる電源装置では、電
源スイッチ43がオンした時点でそのスイッチ43を流れる
電流およびコンデンサ６のチャージ電流が理論的には無
限大となる。実際は、コンデンサ６の等価抵抗やスイッ
チ43の接点抵抗、商用電源42のラインインピーダンス等
のために、上記電流は無限大にはならないが、過大な電
流が流れることは事実である。この過大な電流は、接点
の溶着やコンデンサ６の劣化、ノイズの発生など、様々
な問題を起こす。

そこで、このような問題を解決すべく、第７図または
第８図に示すような回路が考えられている。第７図の例
は、電圧比較器56でコンデンサ６の電圧と抵抗58による
設定電圧とを比較し、コンデンサ６の電圧が低いうちは
突入電流防止抵抗44を通じてコンデンサ６を充電し、コ
ンデンサ６の電圧が充分高くなると上記比較器56の出力
でリレー53を作動させ、リレー53の接点45で上記突入電
流防止抵抗44を短絡して定格電圧および電流を得るよう
にしたものである。第８図の例は、電源スイッチ43をオ
ンしたとき、これに連動するスイッチ59をオンさせてタ
イマー60をスタートさせ、一定時間経過したときタイマ
ー接点61をオンさせて突入電流防止抵抗44を短絡するよ
うにしたものである。

第７図、第８図の例では、電源スイッチ43をオンさせ
た当初は突入電流防止抵抗44を介してコンデンサ６が充
電されることになるため、突入電流がある程度抑制され
る。

（発明が解決しようとする課題） 第７図に示す従来例によれば、商用交流電源42の電圧
範囲が限定されている場合は、その電圧に近い電圧に達
した時点でスイッチ45を切り換えるようにすることによ
り、突入電流を効果的に防止することができる。しかし
ながら、使用可能な商用交流電源42の電圧範囲が例えば
80ないし144Vというように広い場合は、スイッチ45の切
り換えポイントを低い方の電圧に設定せざるを得ず、従
って、高い方の交流電源で使用する場合には、スイッチ
45の切り換えポイントの電圧と電源電圧との間に大きな
電圧差があり、スイッチ45の切り換え時に過大な突入電
流が流れてしまうという問題がある。

また、第８図に示す従来例によれば、コンデンサ６の
充電状況を実際に確認してスイッチ45の切り換えを行う
ものではなく、オープンループ制御となっているため、
交流電源42のインピーダンスが高い場合や、スイッチ43
の投入とタイマー60のスタートのタイミングにずれがあ
る場合には、動作の確実性が保証されない。

本発明は、かかる従来技術の問題点を解消するために
なされたもので、交流電源の電圧範囲が広くても、ま
た、操作スイッチの動作タイミングのずれなどを全く問
題にすることなく突入電流を確実に防止することができ
る突入電流防止回路を提供することを目的とする。

本発明はまた、ある条件下では突入電流を防止するこ
とができたとしても、別の条件下では突入電流を防止す
ることができないというのでは、突入電流防止回路とし
て充分なものではないことに鑑み、確実に突入電流を防
止することができる突入電流防回路を提供することを目
的とする。

（課題を解決するための手段） 本発明は、交流電源と負荷との間に突入電流防止抵抗
を挿入してなる突入電流防止回路において、上記突入電
流防止抵抗の電圧を監視し、突入電流が所定の電流値よ
り小さくなったことを検出して出力信号を生ずる突入電
流検出手段と、交流電源を整流して平滑する整流・平滑
手段と、整流・平滑手段の出力を検出し、整流・平滑手
段の出力電圧が所定の電圧以上になったことを検出して
出力信号を生ずる出力検出手段と、突入電流検出手段と
出力検出手段が共に出力信号を生じたとき突入電流防止
抵抗を実質的に無効とする切り換え手段とを備えている
ことを特徴とする。

（作 用） 電源供給開始当初は突入電流防止抵抗を介して電源が
供給されるため突入電流が抑制される。整流・平滑手段
の出力が充分に高くなったことを出力検出手段が検出
し、これに加えて突入電流が充分に小さくなったことを
突入電流検出手段が検出したとき始めて切り換え手段が
突入電流を実質的に無効として定格電圧を供給する。

（実施例） 以下、図面を参照しながら本発明にかかる突入電流防
止回路の実施例について説明する。

第１図において、商用交流電源42は、電源スイッチ4
3、突入電流防止抵抗44を直列に介してトランス54の入
力側に接続されている。トランス54の出力側は、全波整
流器３と平滑コンデンサ６でなる整流・平滑回路に接続
され、この整流・平滑回路から直流電源が取り出されて
図示されない負荷に供給されるようになっている。上記
突入電流防止抵抗44にはリレー53のａ接点45が並列に接
続されている。突入電流防止抵抗44にはまた、抵抗49と
ダイオード49が直列に接続され、ダイオード46にはフォ
トカプラ16の発光素子が並列に接続されている。フォト
カプラ16の出力はアンド回路48の反転入力端子に入力さ
れる。

上記コンデンサ６の端子電圧は抵抗47を介してフォト
カプラ18の発光素子に加えられ、フォトカプラ18の出力
はアンド回路48の他方の入力端子に入力される。アンド
回路48の出力は、抵抗50とコンデンサ51でなるフィルタ
を介してトランジスタ52のベースに加えられる。トラン
ジスタ52にはリレー53が直列に接続されている。

上記フォトカプラ16は、突入電流防止抵抗44の電圧を
監視する突入電流検出手段を構成し、フォトカプラ18
は、上記整流・平滑手段の出力を検出する出力検出手段
を構成している。また、リレー53とその接点45は、上記
フォトカプラ16,18の出力に基づいて突入電流防止抵抗4
4を実質的に無効とする切り換え手段を構成している。

いま、電源スイッチ43をオンすると、交流電源42がト
ランス54の入力側に加えられる。このときリレー接点45
はオフのままである。トランス54の出力は整流器３で整
流され、コンデンサ６で平滑されて負荷に供給される。
電源スイッチ43のオンと同時にコンデンサ６に充電が開
始されるため、急激に電流が流れる。しかし、電源スイ
ッチをオンした当初は上記のようにリレー接点45はオフ
のままであるから、突入電流防止抵抗44を介して電源が
供給されることになり、突入電流が抑制される。また、
電源スイッチをオンした当初多くの電流が流れていると
きは、突入電流防止抵抗44の両端子の電圧が高いため、
フォトカプラ16の発光素子が発光し、フォトカプラ16か
ら「Ｈ」信号が出力され、アンド回路48の反転入力端子
に入力される。一方、コンデンサ６の端子電圧は低いた
め、フォトカプラ18の出力は「Ｌ」になっている。従っ
て、アンド回路48の出力は「Ｌ」であり、トランジスタ
52がオフでリレー53は励磁されず、上記のようにリレー
接点45はオフとなっている。

コンデンサ６の充電が進むに従い電流が減少し、突入
電流が所定の電流値より小さくなって、突入電流防止抵
抗44の両端電圧が一定の電圧以下に低下するとフォトカ
プラ16はその発光素子が消灯して出力が「Ｌ」なり、ア
ンド回路48の反転入力端子に入力される。一方、コンデ
ンサ６の充電が進むに従いその電圧が上昇し、一定の電
圧以上になるとフォトカプラ18はその発光素子が発光す
ることによって「Ｈ」信号を出力し、アンド回路48の他
方の入力端子に入力する。その結果、アンド回路48の出
力は「Ｈ」となり、トランジスタ52をオンさせてリレー
53を励磁し、リレー接点45をオンさせて突入電流防止抵
抗44を短絡させ、突入電流防止抵抗44を実質的に無効に
する。以後、電源回路からは定格出力を得ることができ
る。

なお、突入電流防止抵抗44の両端には、商用交流電源
42の周波数に応じて交番的に電圧が現れるので、フィル
タ回路等を介してフォトカプラ16を駆動することによ
り、フォトカプラ16の出力が交番的にオン，オフするこ
とのないようにする。

上記実施例によれば、整流器３と平滑コンデンサ６で
なる整流・平滑手段の出力が充分に大きくなり、これに
加えて突入電流防止抵抗44に流れる電流が充分に小さく
なって始めて突入電流防止抵抗44を実質的に無効として
定格出力を得るようにしたため、交流電源42の電圧が高
い場合でも、出力電圧が交流電源42の電圧に対応する電
圧レベルまで上昇して突入電流防止抵抗44の電流が充分
小さくなった時点で同抵抗44が無効になるように切り換
えられることになり、突入電流を確実に防止することが
できる。また、整流・平滑手段の出力と突入電流防止抵
抗44の電圧の双方を監視しながらこれをフィードバック
して突入電流防止抵抗44を切り換えるようにしたため、
突入電流を確実に防止することができるし、各部の動作
タイミングのずれを生じることもなく、動作が確実にな
るという利点もある。

次に、本発明にかかる突入電流防止回路をさらに具体
化した実施例について説明する。なお、第１図の例と共
通の構成部材には共通の符号を付している。

第２図において、商用交流電源の導入端子1,2はブリ
ッジ型の全波整流器３の入力端子に接続され、整流器３
の出力端子には突入電流防止抵抗４と平滑コンデンサ６
が直列に接続されている。整流器３とコンデンサ６とで
整流・平滑手段35を構成している。コンデンサ６の両端
に現れる直流電圧は端子9,10を介して図示されない負荷
に供給される。

コンデンサ６の両端には分圧抵抗7,8が直列に接続さ
れ、抵抗８の両端にはツェナーダイオード17とフォトカ
プラ18の発光素子とが直列に接続されている。抵抗7,8
とツェナーダイオード17とフォトカプラ18とで、整流・
平滑手段35のコンデンサ６の出力を検出する出力検出手
段65を構成している。コンデンサ６の出力は例えば80な
いし100V程度と電圧が高いため、これを抵抗7,8で分圧
して検出手段65中のフォトカプラ18に加える。ツェナー
ダイオード17はコンデンサ６の端子電圧検出レベル設定
用で、フォトカプラ18のオンレベルを設定する。

フォトカプラ18の出力はトランジスタ21のベースに入
力される。トランジスタ21にはバイアス抵抗19,20が接
続されている。トランジスタ21は論理反転手段38を構成
している。

前記突入電流防止抵抗４には、リレー34のａ接点５が
並列に接続され、また、分圧抵抗11,12が直列に接続さ
れている。抵抗12には低電圧化用のツェナーダイオード
13が並列に接続され、ツェナーダイオード13にはツェナ
ーダイオード14と抵抗15とフォトカプラ16の発光素子と
が直列に接続されている。分圧抵抗11,12、ツェナーダ
イオード13,14、抵抗15、フォトカプラ16によって、突
入電流防止抵抗４の電圧を監視する突入電流検出手段36
を構成している。電源をオンしたときコンデンサ６に突
入電流が例えば10A程度流れ、突入電流防止抵抗４の両
端にはピーク値で100V程度の高い電圧が発生するので、
これを抵抗11,12で分圧すると共に、ツェナーダイオー
ド13で低電圧化してこれをフォトカプラ16で検出するよ
うにしている。ツェナーダイオード14は突入電流検出レ
ベル設定用で、フォトカプラ16のオンレベルを設定す
る。

フォトカプラ16のエミッタは抵抗23を介してトランジ
スタ26のベースに接続されるとともに、抵抗22を介して
接地されることによってエミッタフォロワ出力となって
いる。トランジスタ26のベースはコンデンサ25を介して
接地され、上記抵抗23にはダイオード24が並列に接続さ
れている。トランジスタ26のコレクタにはバイアス抵抗
27によりバイアスがかけられている。抵抗23、コンデン
サ25、ダイオード25、トランジスタ26によってフィルタ
ー37を構成している。

トランジスタ26のコレクタと前記トランジスタ21のコ
レクタはともに抵抗28を介し、さらにツェナーダイオー
ド30を介してトランジスタ31のベースに接続されてい
る。抵抗28とツェナーダイオード30との接続点はコンデ
ンサ29を介して接地されている。抵抗28とコンデンサ29
とによってフィルター39を構成している。ツェナーダイ
オード30とトランジスタ31とで駆動回路40を構成してい
る。ツェナーダイオード30はトランジスタ31のオンレベ
ル設定用である。

トランジスタ31にはリレー34は直列に接続されてい
る。リレー34にはサージ防止用ダイオード32が並列に接
続されている。トランジスタ31にはまたリレー34の自己
保持用ａ接点33が並列に接続されている。リレー34とダ
イオード32とリレー接点33は、上記リレー接点５を含め
て、突入電流防止抵抗４を実質的に無効とする切り換え
手段41を構成している。

次に、上記実施例の動作を説明する。いま、端子1,2
間に商用交流電源が接続されると、突入電流防止抵抗４
を介して整流・平滑手段35のコンデンサ６が充電され
る。このとき、リレー接点５は開いている。第３図に示
す線ａは電源オン時点から突入電流防止抵抗４に流れる
電流を示す。商用交流電源を全波整流しているため、突
入電流防止抵抗４の両端の電圧は商用電源周波数の半分
の周期で充電電流が流れ、時間の経過とともに充電電流
は指数関数的に減衰する。

電源オン時に突入電流防止抵抗４に流れる突入電流を
7A程度とすると、この抵抗４の端子電圧は70ないし100V
程度と高い電圧となる。そこで、投入電流検出手段36で
は、分圧抵抗11,12およびツェナーダイオード13で低電
圧化を図り、これをフォトカプラ16に入力して突入電流
防止抵抗４の電圧を監視している。ツェナーダイオード
13の端子電圧は第３図の線ｂに示すように約20Vにクリ
ップされる。このクリップされた電圧はさらにツェナー
ダイオード14と電流制限抵抗15を介してフォトカプラ16
の発光素子に加えられる。ツェナーダイオード14はフォ
トカプラ16のオンレベルを設定するために、例えば10V
程度のツェナーダイオードが選定される。従って、抵抗
12の両端の電圧が約10V以上になるとツェナーダイオー
ド14がオン状態になってフォトカプラ16に電流を流す
が、抵抗12の両端の電圧が約10V以下であればフォトカ
プラ16はオフのままである。このフォトカプラ16の出力
電圧は抵抗22に現れる。突入電流防止抵抗４に突入電流
が流れているときは、フォトカプラ16の商用電源の周波
数ごとにオン、オフし、これをそのままリレー34の駆動
回路に加えてもリレー34が正常に作動しないため、フォ
トカプラ16の出力を抵抗23、コンデンサ25等でなるフィ
ルターで平滑化し、これをトランジスタ26を通じて出力
する。

一方、電源オンによって充電されるコンデンサ６の端
子電圧は約80ないし100Vと高いため、これを抵抗7,8で
分圧し、ツェナーダイオード17を介して出力検出手段65
のフォトカプラ18に入力する。フォトカプラ18の検出レ
ベルはツェナーダイオード17によって40V程度に設定さ
れている。第４図の線ｃはコンデンサ６の端子電圧を示
し、線ｄは分圧抵抗８の端子電圧を示す。抵抗８の端子
電圧が約40V以上になるとフォトカプラ18がオンし、ツ
ェナーダイオード17によって電圧が約40Vにクランプさ
れる。フォトカプラ18の出力はトランジスタ21によって
論理反転される。

出力検出手段65の検出出力と突入電流検出手段36の検
出出力はそれぞれトランジスタ21、トランジスタ26を経
てフィルター39に入力される。ここでは、実質的にトラ
ンジスタ21とトランジスタ26の出力の論理積がとられ
る。具体的には、第５図に示すように、コンデンサ６の
電圧が充分に高くなって抵抗８の端子電圧が約40V以上
になると、フォトカプラ18がオンしてトランジスタ21が
オフとなり、そのコレクタの電圧レベルが「Ｈ」とな
る。一方、突入電流が減衰して突入電流防止抵抗４の両
端電圧がゼロに近くなるとフォトカプラ16がオフし、ト
ランジスタ26がオフとなってそのコレクタの電圧レベル
が「Ｈ」となる。従って、トランジスタ21とトランジス
タ26のコレクタ電圧がともに「Ｈ」となった時点で駆動
回路40のトランジスタ31がオンし、リレー34が励磁され
る。リレー34の励磁によりその接点５がオンするととも
に、接点33がオンしてリレー34が自己保持される。上記
接点５がオンすることによって突入電流防止抵抗４が短
絡され、突入電流防止抵抗４が実質的に無効とされる。
以後、突入電流防止抵抗４を介することなく電源が供給
されることになる。突入電流防止抵抗４が短絡されたと
きのコンデンサ６の電圧の変化を第５図にαで示す。こ
れからもわかるように、コンデンサ６の電圧の変化が充
分に抑制されており、これに伴って突入電流も充分に抑
制されることがわかる。

なお、突入電流防止抵抗は、電源と負荷との間に挿入
されていればよく、第１図の例のように交流の入力側、
即ちトランスの１次側に挿入してもよいし、第２図の例
のように整流器と平滑用コンデンサとの間に挿入しても
よく、また、トランスの２次巻線と整流器の間に挿入し
てもよい。

何れの実施例でも、突入電流防止抵抗を解除するため
にリレー接点を用いていたが、サイリスタ等を用いても
よい。

また、何れの実施例でも、商用交流電源の周波数に応
じてオン、オフする突入電流を平滑化するためにフィル
ターを用いていたが、これに代えて単安定マルチバイブ
レータ等を用いてもよい。

（発明の効果） 本発明によれば、整流・平滑手段の出力が充分に大き
くなり、これに加えて突入電流防止抵抗に流れる電流が
充分に小さくなって始めて突入電流防止抵抗を実質的に
無効として定格出力を得るようにしたため、出力電圧が
交流電源の電圧に対応する電圧レベルまで上昇して突入
電流防止抵抗の電流が充分小さくなった時点で同抵抗が
無効になるように切り換えられることになり、交流電源
の電圧が高い場合でも、あるいは交流電源の電圧が広範
囲に変化しても、突入電流を確実に防止することができ
る。また、整流・平滑手段の出力と突入電流防止抵抗の
電圧の双方を監視しながらこれをフィードバックして突
入電流防止抵抗を切り換えるようにしたため、突入電流
を確実に防止することができるし、各部の動作タイミン
グのずれを生じることもなく、動作が確実になるという
利点もある。

【図面の簡単な説明】

第１図は本発明にかかる突入電流防止回路の実施例の概
要を示す回路図、第２図は本発明にかかる突入電流防止
回路の実施例をより具体化して示す回路図、第３図は同
上実施例の突入電流および突入電流検出手段のクリップ
電圧の様子を示す波形図、第４図は上記実施例のコンデ
ンサの端子電圧と分圧抵抗の端子電圧の様子を示す波形
図、第５図は上記実施例の動作を示すタイミングチャー
ト、第６図は一般的なコンデンサインプット型電源装置
の例を示す回路図、第７図は従来の突入電流防止回路の
例を示す回路図、第８図は従来の突入電流防止回路の別
の例を示す回路図である。 4,44……突入電流防止抵抗、 16……突入電流検出手段としてのフォトカプラ、 18……出力検出手段としてのフォトカプラ、 35……整流・平滑手段、 36……突入電流検出手段、 41……切り換え手段、42……電源。

フロントページの続き (56)参考文献 特開 平２−111223（ＪＰ，Ａ) 特開 昭60−241720（ＪＰ，Ａ) 実開 昭61−174841（ＪＰ，Ｕ)

Claims (1)

(57)【特許請求の範囲】
1. 【請求項１】交流電源と負荷との間に突入電流防止抵抗
   を挿入してなる突入電流防止回路において、 上記突入電流防止抵抗の電圧を監視し、突入電流が所定
   の電流値より小さくなったことを検出して出力信号を生
   ずる突入電流検出手段と、 交流電源を整流して平滑する整流・平滑手段と、 整流・平滑手段の出力を検出し、整流・平滑手段の出力
   電圧が所定の電圧以上になったことを検出して出力信号
   を生ずる出力検出手段と、 突入電流検出手段と出力検出手段が共に出力信号を生じ
   たとき突入電流防止抵抗を実質的に無効とする切り換え
   手段とを備えてなる突入電流防止回路。