JP3356801B2 - 突入電流防止回路 - Google Patents

突入電流防止回路

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JP3356801B2 JP21282392A JP21282392A JP3356801B2 JP 3356801 B2 JP3356801 B2 JP 3356801B2 JP 21282392 A JP21282392 A JP 21282392A JP 21282392 A JP21282392 A JP 21282392A JP 3356801 B2 JP3356801 B2 JP 3356801B2
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茂夫 渡辺
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Description

【発明の詳細な説明】
【0001】
【産業上の利用分野】本発明は、直流電源をスイッチン
グして高周波に変換する際に、電源投入時に発生する突
入電流のピークを抑える突入電流防止回路に関する。
【0002】
【従来の技術】スイッチングレギュレータの一種として
図11に示した構成のものが知られている。Vinは整
流回路などからなる直流電源,C1は平滑用電解コンデ
ンサ,Tは絶縁トランス(高周波トランス),N1,N
2,N3は1次巻線,N4は2次巻線,S1はスイッ
チ,Q1,Q2はスイッチング素子,D1乃至D3はダ
イオード,R1乃至R3は抵抗,C2,C3はコンザン
サ,L1はインダクタ,SCRはサイリスタ,CONは
PWM制御回路,TOは出力端子である。
【0003】このような構成のスイッチングレギュレー
タは、スイッチS1のオンにより直流電源Vinから入
力される直流電圧を一対のスイッチング素子Q1,Q2
によってスイッチングして高周波に変換した後、この高
周波を絶縁トランスTによって昇圧して2次コイルN4
に出力させ、この昇圧高周波をD3,L1,C3からな
る整流,平滑回路によって直流に変換して端子TOから
出力するものである。ここでPWM制御回路CONは、
一対のスイッチング素子Q1,Q2を制御して各素子Q
1,Q2のスイッチング動作によって出力される高周波
のパルス幅を調整させることにより、端子TOから出力
される直流電圧が一定となるような制御動作を行なって
いる。また、スイッチング素子Q1と並列接続されてい
るコンデンサC2はQ1がオン,オフしたとき、オフ時
の電圧をある程度抑える(クランプ)ように働くクラン
プ用コンデンサである。
【0004】このような動作を行う場合、スイッチS1
をオンした瞬間に直流電源Vinから大容量の平滑用電
解コンデンサC1に短時間で流入する充電電流に基き、
大きな突入電流(インラッシュ電流)が生じこれが周辺
回路等に影響を与える。このため通常は充電電流経路に
抵抗R1を設けて、この抵抗R1を突入電流制限用抵抗
として動作させることにより、突入電流のピーク値を抑
えることが行われている。
【0005】そして充電完了後1次巻線N3から出力さ
せた電圧をダイオードD1を介してサイリスタSCRの
ゲート端子に印加し、サイリスタSCRをオンさせて抵
抗R1を短絡するように図られている。すなわち、抵抗
R1はコンデンサC1の充電時のみ用いられるようにな
っている。Mは突入電流防止回路を構成している。図1
0はコンデンサC1に対する印加電圧aと入力電流bの
波形図を示している。突入電流Ipは(2の平方根・E
in/R1)によって決定される。
【0006】図12はスイッチングレギュレータの他の
構成を示すもので、図11に比べてスイッチング素子が
Q1の1個のみ用いられている点が異なっている。これ
に基き図11でスイッチング素子Q2が直列接続された
1次巻線N2も不要になっている。動作は図11の場合
に準じて行われる。
【0007】
【発明が解決しようとする課題】ところで従来の突入電
流防止回路では、次のような各問題がある。
【0008】1.突入電流制限用抵抗として動作する抵
抗R1を短絡させるサイリスタSCRのゲート端子に印
加する制御電圧を得るため、わざわざ1次巻線N3を用
意しなければならない。
【0009】2.この1次巻線N3から得られる制御電
圧は、直流電源Vinの大きさに比例するので、この直
流電源Vinが大きくなるとその制御電圧も大きくなる
ため、サイリスタSCRのゲート電流制限抵抗として働
く抵抗R3の損失電力が増加する。
【0010】3.この1次巻線N3から得られる制御電
圧はパルス電圧であるため、パルス幅が狭くなったとき
にサイリスタSCRのゲート端子に印加されるゲートパ
ワーが不十分となるので、サイリスタSCRを確実に動
作させるのが不可能となる。
【0011】本発明は以上のような問題に対処してなさ
れたもので、スイッチング素子と並列接続されたクラン
プ用コンデンサを利用することにより従来問題を解決す
るようにした突入電流防止回路を提供することを目的と
するものである。
【0012】
【課題を解決するための手段】上記目的を達成するため
に本発明は、直流電源と変圧器の1次巻線とスイッチン
グ素子とが直列接続され、この直列接続された回路の途
中経路に突入電流制限用抵抗とこの抵抗を短絡する抵抗
短絡用開閉素子とが並列接続され、さらに前記スイッチ
ング素子にクランプ用コンデンサが並列接続されてなる
突入電流防止回路において、前記変圧器の1次巻線に第
2の1次巻線を並列接続し、この第2の1次巻線に第2
のスイッチング素子を直列接続し、前記クランプ用コン
デンサをダイオードを介して前記抵抗短絡用開閉素子の
ゲート端子に接続し、前記クランプ用コンデンサの端子
電圧を前記ゲート端子に印加して前記抵抗短絡用開閉素
子の開閉動作を制御することを特徴とするものである。
【0013】
【作用】本発明の構成によれば、スイッチング素子に並
列接続されているクランプ用コンデンサをダイオードを
介して抵抗短絡用開閉素子のゲート端子に接続するよう
にしたので、ゲート端子には絶縁トランスの1次巻線か
らでなくクランプ用コンデンサから得られた端子電圧が
制御電圧として印加される。これによりわざわざそのた
めの1次巻線N3を用意する必要はなくなり、またその
制御電圧は直流電源の大きさに比例せず、さらに制御電
圧はパルス電圧でなく直流電圧が得られる。
【0014】
【実施例】以下図面を参照して本発明の実施例を説明す
る。
【0015】図1は本発明の突入電流防止回路の第1の
実施例を示す結線図で、Vinは整流回路などからなる
直流電源,C1は平滑用電解コンデンサ,Tは絶縁トラ
ンス(高周波トランス),N1,N2は1次巻線,N4
は2次巻線,S1はスイッチ,Q1,Q2はスイッチン
グ素子,D1乃至D3はダイオード,R1乃至R3は抵
抗,C2,C3はコンデンサ,L1はインダクタ,SC
Rはサイリスタ,CONはPWM制御回路,TOは出力
端子,Mは突入電流防止回路である。
【0016】直流電源Vinと絶縁トランスTの1次巻
線N1とスイッチング素子Q1とが直列接続され、この
直列接続された回路の途中経路に突入電流制限用抵抗と
して働く抵抗R1と、この抵抗R1を短絡する抵抗短絡
用開閉素子として働くサイリスタSCRとが並列接続さ
れている。さらにクランプ用コンデンサC2がスイッチ
ング素子Q1に並列接続され、他のスイッチング素子Q
2が1次巻線N2に直列接続されている。
【0017】次に本実施例の動作を説明する。
【0018】スイッチS1のオンにより、直流電源Vi
nから入力される直流電圧を一対のスイッチング素子Q
1,Q2によって高周波に変換した後、この高周波を絶
縁トランスTによって昇圧して2次コイルN4に出力さ
せ、この昇圧高周波をD3,L1,C3からなる整流,
平滑回路によって直流に変換して端子TOから出力す
る。
【0019】ここでPWM制御回路CONは、一対のス
イッチング素子Q1,Q2を制御して各素子Q1,Q2
のスイッチング動作によって出力される高周波のパルス
幅を調整させることにより、端子TOから出力される直
流電圧が一定となるような制御動作を行う。ここで端子
TOから出力される出力電圧Voutは次のように示さ
れる。
【0020】 Vout=Vin・(N2/N1)・{TON/(TON+TOFF )} …(1)
【0021】図8は直流電源Vinの入力電圧が低い場
合のPWM制御回路CONによる制御動作を示し、式
(1) に基いてTONはTOFF より大きくなるように制御さ
れる。なおON部分はVG を示し、OFF部分はVin
を示している。VN1は2次巻線N1の出力電圧を示して
いる。
【0022】図9は直流電源Vinの入力電圧が高い場
合のPWM制御回路CONによる制御動作を示し、式
(1) に基いてTONはTOFF より小さくなるように制御さ
れる。図8及び図9において次式が成立する。
【0023】 TON・Vin=TOFF ・VG …(2)
【0024】従って、式(2) に基いて図8及び図9にお
いてON部分の面積はOFF部分の面積と等しく設定さ
れる。
【0025】このような動作において、本実施例におい
てはクランプ用コンデンサC2がダイオードD1を介し
てサイリスタSCRのゲート端子に接続されていること
により、このゲート端子には従来のように1次巻線から
でなくクランプ用コンデンサC2から得られた端子電圧
が制御電圧VG として印加される。
【0026】この制御電圧VG は図8及び図9に示した
ように、直流電源Vinの入力電圧の高低によって変化
し次式で示されるように示される。
【0027】 VG =Vin×(TON/TOFF ) …(3)
【0028】図3は式(3) に基いて入力電源電圧Vin
(横軸)に対するゲート印加電圧VG (縦軸)の関係を
示したものであり、Aは本実施例による特性,Bは従来
のものの特性を示している。両者を比較すれば明らかな
ように、本実施例によればサイリスタSCRの制御電圧
となるゲート印加電圧VG の変化は少なくなる。一方、
従来においてはゲート印加電圧VG の変化は極めて大き
くなっている。従って本実施例によれば突入電流防止回
路Mの入力電圧変化に対するゲート電圧の変化を少なく
抑えられることを示している。
【0029】このように本実施例によれば次のような効
果を得ることができる。
【0030】1.突入電流制限用抵抗として動作する抵
抗R1を短絡させるサイリスタSCRのゲート端子に与
える制御電圧を得るため、わざわざ1次巻線N3を用意
する必要はなくなる。
【0031】2.ゲート端子に与える制御電圧は直流電
源Vinが大きさに比例しないので、サイリスタSCR
のゲート電流制限抵抗として働く抵抗R3の損失電力が
増加しない。
【0032】3.ゲート端子に与える制御電圧はパルス
電圧でなくクランプ用コンデンサC2の端子電圧による
直流電圧であり、しかもその変化は少ないのでゲート端
子に加えられるゲートパワーは十分になるため、サイリ
スタを確実に動作させることができる。
【0033】図2は本発明の他の実施例を示すもので、
図1に比べてスイッチング素子がQ1の1個のみ用いた
例を示すものである。これに基き図1では必要であった
2次巻線N2も不要となる。本実施例によっても前記実
施例に準じた動作が行われるので、同様な効果を得るこ
とができる。
【0034】各実施例においては抵抗R1と並列接続さ
れる抵抗短絡用開閉素子としては、サイリスタSCRに
例をあげて説明したが何らこれに限ることはなく他の素
子を用いることもできる。図4乃至図7はそれらの例を
示すもので、図4はトライアックを用いた例、図5はM
OSFETを用いた例、図6はトランジスタを用いた
例、図7はIGBTを用いた例を示している。要するに
制御電圧VG が印加されるゲート端子を有していて、こ
のゲート端子電圧によって開閉動作を行うような素子で
あれば良い。
【0035】
【発明の効果】以上述べたように本発明によれば、スイ
ッチング素子に並列接続されているクランプ用コンデン
サをダイオードを介して抵抗短絡用開閉素子のゲート端
子に接続するようにしたので、1次巻線を不要にして制
御電圧を印加することができ、また直流電源の大きさに
比例しない制御電圧を印加することができ、さらにパル
ス電圧でなく変化の少ない直流電圧を印加することがで
きる。
【図面の簡単な説明】
【図1】本発明の突入電流防止回路の実施例を示す結線
図である。
【図2】本発明の他の実施例を示す結線図である。
【図3】本発明及び従来における入力電源電圧とゲート
印加電圧との関係を示す特性図である。
【図4】本発明実施例に用いられる抵抗短絡用開閉素子
の具体例を示す結線図である。
【図5】本発明実施例に用いられる抵抗短絡用開閉素子
の他の具体例を示す結線図である。
【図6】本発明実施例に用いられる抵抗短絡用開閉素子
のその他の具体例を示す結線図である。
【図7】本発明実施例に用いられる抵抗短絡用開閉素子
のその他の具体例を示す結線図である。
【図8】本発明実施例の動作を説明する波形図である。
【図9】本発明実施例の動作を説明する波形図である。
【図10】従来例における印加電圧及び入力電流の波形
図である。
【図11】従来の突入電流防止回路を示す結線図であ
る。
【図12】従来の突入電流防止回路を示す結線図であ
る。
【符号の説明】
Vin 直流電源 S1 スイッチ C1 平滑用コンデンサ C2 クランプ用コンデンサ Q1,Q2 スイッチング素子 R1 突入電流制限用抵抗 SCR サイリスタ(抵抗短絡用開閉素子) M 突入電流防止回路 CON PWM制御回路
───────────────────────────────────────────────────── フロントページの続き (72)発明者 渡辺 和夫 神奈川県川崎市中原区上小田中1015番地 富士通株式会社内 (56)参考文献 特開 平3−173351(JP,A) 特開 昭63−206160(JP,A) 特開 平2−174557(JP,A) 特開 平2−133066(JP,A) 実開 昭63−90983(JP,U) (58)調査した分野(Int.Cl.7,DB名) H02M 3/00 - 3/44

Claims (1)

    (57)【特許請求の範囲】
  1. 【請求項1】 直流電源と変圧器の1次巻線とスイッチ
    ング素子とが直列接続され、この直列接続された回路の
    途中経路に突入電流制限用抵抗とこの抵抗を短絡する抵
    抗短絡用開閉素子とが並列接続され、さらに前記スイッ
    チング素子にクランプ用コンデンサが並列接続されてな
    る突入電流防止回路において、前記変圧器の1次巻線に
    第2の1次巻線を並列接続し、この第2の1次巻線に第
    2のスイッチング素子を直列接続し、前記クランプ用コ
    ンデンサをダイオードを介して前記抵抗短絡用開閉素子
    のゲート端子に接続し、前記クランプ用コンデンサの端
    子電圧を前記ゲート端子に印加して前記抵抗短絡用開閉
    素子の開閉動作を制御することを特徴とする突入電流防
    止回路。
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