JP4273805B2

JP4273805B2 - 電源装置

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Publication number: JP4273805B2
Application number: JP2003095138A
Authority: JP
Inventors: 裕介山本
Original assignee: Toyota Industries Corp
Current assignee: Toyota Industries Corp
Priority date: 2003-03-31
Filing date: 2003-03-31
Publication date: 2009-06-03
Anticipated expiration: 2023-03-31
Also published as: JP2004304924A

Description

【０００１】
【発明の属する技術分野】
本発明は、過電流保護機能を備えた電源装置に係わる。
【０００２】
【従来の技術】
従来より、過電流保護機能を備えた電源装置は知られている。ここで、過電流保護機能とは、過電流が検出されたときに、電源装置の出力を制限したり、電源装置の動作を停止することにより、電源装置自体および／または負荷を保護する機能をいう。（例えば、特許文献１参照。）
特許文献１に記載の電源装置では、過電流が発生すると、スイッチング素子が強制的にオフ状態に制御される。これにより、出力電圧が徐々に低下していく。そして、一定時間経過後、上記スイッチング素子のスイッチング動作を再開させる。これにより、スイッチング素子に過電流が流れ続けることが回避され、発熱や素子の破壊を防ぐようにしている。
【０００３】
また、出力電圧を基準信号に追従させるフィードバック制御を行う電源装置において、出力電流や出力電圧をモニタしながらその基準信号を修正する方式は、従来から知られている。この方式によれば、出力電流が大きくなると、フィードバック制御により上記基準信号が修正され、その修正された基準信号に追従するように出力が制御されるので、スイッチング素子等に流れる電流が制限される。（例えば、特許文献２参照。）
他方、出力電圧をモニタすることにより過電流の発生を推定し、その推定結果に基づいて電源装置の動作を制御する方式も知られている。（例えば、特許文献３参照。）
特許文献３に記載の安定化電源においては、出力電圧が第２限界電圧よりも低下すると、過電流が発生したものとみなし、制御を一時的に停止した後に再開させる動作が行われる。また、出力電圧が上記第２限界電圧よりもさらに低い第１限界電圧をも下回ると、さらに大きな過電流が発生したものとみなし、制御が完全に停止される。
【０００４】
なお、交流出力電源の出力電圧をモニタすることにより出力電流を推定するためには、例えば、その出力電圧を全波整流した後にローパスフィルタを用いて平均化し、その平均化された電圧値が基準電圧値と比較されていた。（例えば、特許文献４参照。）
【０００５】
【特許文献１】
特許第２８７８０２９号公報（図４、段落０００６〜０００８など）
【０００６】
【特許文献２】
特許第３０４０７６７号公報（要約など）
【０００７】
【特許文献３】
特開平８−２３４８５２号公報（図１、図２、段落００２０〜００２４など）
【０００８】
【特許文献４】
特許第２７３７３１１号公報（図１、第３ページなど）
【０００９】
【発明が解決しようとする課題】
ところで、電源装置から電力の供給を受ける負荷の中には、一時的に（特に、その起動時に）大きな電力を必要とするものがある。しかし、従来の電源装置では、過電流保護機能を働かせながら、このような負荷を効率的に駆動することができなかった。
【００１０】
例えば、特許文献１、３に記載の電源装置では、起動時に大きな電力を必要とする負荷を駆動しようとすると、「過電流の発生」→「動作停止」→「再開」→「過電流の発生」を繰り返すこととなり、通常動作状態に入るまでに長い時間を要したり、場合によっては、負荷を立ち上げることができなかった。すなわち、負荷起動性が悪かった。なお、負荷起動性の問題は、過電流の発生により動作を停止したときからその動作を再開するまでの期間を短くすることにより解決可能であるが、この場合、結局、スイッチング素子に大きな電流が流れることとなってしまい、損失の増大、発熱量の増加を引き起こしてしまう。
【００１１】
また、特許文献２に記載の方式では、過電流の検出に伴って基準信号が徐々に修正されていくので、制御が間に合わず、過電流によるスイッチング素子の発熱や破壊が懸念される。
さらに、特許文献４に記載の電源装置では、ローパスフィルタの時定数を長くすると、負荷起動性が高くなる一方で過電流時にスイッチング素子を保護できないおそれがあり、その時定数を短くすると、保護機能が高くなる一方で負荷起動性が低くなってしまう。
【００１２】
このように、従来の電源装置においては、確実な過電流保護機能および良好な負荷起動性の双方を高次元で実現することはできなかった。
本発明の目的は、確実な過電流保護機能を提供するとともに、良好な負荷起動性が得られる電源装置を提案することである。
【００１３】
【課題を解決するための手段】
本発明の電源装置は、起動時にのみ大きな電流を必要とする負荷に電力を供給するものであり、電力変換回路と、上記電力変換回路の出力のための基準信号を生成する制御手段と、上記電力変換回路の出力を上記基準信号に追従させるための制御信号を生成するフィードバック回路と、過電流の発生を検出する過電流検出手段と、過電流が検出されると第１の状態に設定され解除信号を受信すると第２の状態に設定されるラッチ回路と、上記ラッチ回路が上記第１の状態に設定されている期間に上記電力変換回路を停止すると共に、上記ラッチ回路が上記第２の状態に設定されている期間に上記制御信号に基づいて上記電力変換回路を駆動する駆動回路、を有する。そして、上記制御手段は、過電流が検出される頻度に応じて上記基準信号を調整すると共に、上記負荷の起動時には、過電流が検出されたときから第１の期間が経過したときに上記解除信号を生成し、その後は、過電流が検出されたときから上記第１の期間よりも長い第２の期間が経過したときに上記解除信号を生成する。
【００１４】
この電源装置においては、過電流が検出されると、ラッチ回路が第１の状態に設定されて電力変換回路が停止する。よって、負荷が短絡するような大電流が発生しても、当該電源装置は保護される。また、過電流が検出される頻度に応じて上記基準信号が調整される。ここで、出力電圧は、この基準信号に追従する。よって、過電流が検出されたときに出力電圧を低下させることができ、損失が抑えられる。
また、この電源装置においては、負荷の起動時には、過電流状態であっても、電力変換回路が強制的に停止させられる期間が短くなり、負荷に大きな電流を供給できる。すなわち、負荷起動性が高くなる。一方、負荷が通常動作に移った後は、過電流が検出されたときに電力変換回路が強制的に停止させられる期間が長くなるので、平均電流の上限値が抑制される。よって、負荷が要求する電流が継続的に大きくなるような場合であっても、損失が抑えられる。
【００１５】
上記電源装置において、上記制御手段は、過電流状態が継続している期間は、予め決められた下限値に達するまで上記基準信号を段階的に低下させていくようにしてもよい。あるいは、上記制御手段は、過電流が検出されない期間は、予め決められた上限値に達するまで上記基準信号を段階的に上昇させていくようにしてもよい。このような制御とすれば、出力電圧の急激な変動を回避できる。
【００１８】
本発明のさらに他の態様の電源装置は、電力変換回路と、上記電力変換回路の出力のための基準信号を生成する制御手段と、上記電力変換回路の出力を上記基準信号に追従させるための制御信号を生成するフィードバック回路と、上記制御信号に基づいて上記電力変換回路を駆動する駆動回路、を有する。そして、上記制御手段は、出力電圧が第１の基準値を第１の期間継続して下回ったときに、又は、出力電圧が上記第１の基準値よりも低い第２の基準値を上記第１の期間よりも短い第２の期間継続して下回ったときに、上記駆動回路を強制的に停止する。
【００１９】
この電源装置においては、負荷から比較的大きな電流が要求された場合であっても、それが第１の期間よりも短い期間であれば、電力変換回路を停止することなく供給する。よって、負荷起動性は高い。一方、より大きな電流は要求された場合は、それが第１の期間よりも短い期間であっても、第２の期間継続すれば、電力変換回路は停止される。よって、負荷が短絡に近い状態になっても当該電源装置は保護される。
【００２０】
上記電源装置において、上記電力変換回路が所定周波数の正弦波交流電力を生成し、上記制御手段は、上記交流電力の半周期分の電圧をモニタすることによってその電圧実効値を算出し、算出した電圧実効値と上記第１および第２の基準値とを比較することにより上記駆動回路を強制的に停止するか否かの判断をするようにしてもよい。この構成によれば、交流電圧の実効値を利用することにより過負荷に対する保護の精度が高くなり、また、制御遅延が小さくなる。
【００２１】
【発明の実施の形態】
以下、本発明の実施形態について図面を参照しながら説明する。
図１は、本発明の実施形態の電源装置の構成図である。ここでは、電源装置の一例として、直流電力を交流電力に変換して出力するインバータ装置を採り上げて説明する。
【００２２】
インバータ部（電力変換回路）１は、駆動回路７からの駆動信号に従って、直流電力を交流電力に変換して出力する。ここで、駆動信号に従って生成される交流電力の周波数は、例えば、５０Ｈｚまたは６０Ｈｚである。また、インバータ部１は、例えば、図２に示す回路構成である。そして、スイッチング素子Ｍ１〜Ｍ４に適切な駆動信号が与えられることにより、交流電力を生成する。
【００２３】
マイコン（制御手段）２は、インバータ部１により生成されるべき交流電圧を指示する基準正弦波（基準信号）を生成する。なお、基準正弦波の周波数は、例えば、５０Ｈｚまたは６０Ｈｚである。また、基準正弦波の振幅は、基本的には予め固定的に決められているが、過電流発生時には、必要に応じて調整される。さらに、マイコン２は、後述する解除信号を生成してラッチ回路１５へ送る。なお、マイコン２の動作については、後で詳しく説明する。
【００２４】
差動増幅回路４は、マイコン２により生成される基準信号と、減衰回路３を介して与えられるインバータ部１の出力電圧との差分を増幅する。ＰＷＭ制御回路５は、差動増幅回路４の出力をゼロにするようなＰＷＭ信号（制御信号）を生成する。なお、ＰＷＭ信号は、所定周波数（例えば、数キロ〜数１０キロＨｚ）のパルス信号であって、そのパルス幅またはデューティは差動増幅回路４の出力に基づいて決定される。
【００２５】
駆動回路７は、ＰＷＭ制御回路５により生成されるＰＷＭ信号に従って、インバータ部１を駆動する。すなわち、減衰回路３、差動増幅回路４、ＰＷＭ制御回路５は、フォードバック回路６を構成する。
このように、このインバータ装置は、フィードバック制御により、マイコン２が生成する基準正弦波に出力電圧を追従させるように動作する。すなわち、マイコン２は、出力を低下させる場合には基準正弦波の振幅を小さくし、出力を上昇させる場合には基準正弦波の振幅を大きくすればよい。
【００２６】
実施形態の電源装置は、過電流保護機能を備える。ここで、過電流保護とは、過電流が検出されたときに、電源装置の出力を停止または制限することにより、電源装置自体および／または負荷を保護する動作を含む概念である。
過電流検出回路（過電流検出手段）１１は、電流検出部１２、増幅回路１３、判定回路１４を備え、過電流の発生を検出すると、その旨をラッチ回路１５に通知する。ここで、電流検出部１２は、インバータ部１の出力電流を検出する。増幅回路１３は、電流検出部１２に出力を増幅する。判定回路１４は、増幅回路１３の出力が予め設定されている閾値電圧を越えた場合に、過電流が発生した旨を表す信号を出力する。
【００２７】
ラッチ回路１５は、当該電源装置が通常動作をしているときは「通常状態（第２の状態）」に設定されている。そして、過電流が発生した旨の通知を過電流検出回路１１から受け取ると、ラッチ回路１５は「過電流状態（第１の状態）」に設定されるようになる。このとき、ラッチ回路１５の状態が「通常状態」から「過電流状態」に更新されると、過電流が発生した旨の通知（以下、過電流通知）がラッチ回路１５からマイコン２へ送られる。なお、ラッチ回路１５は、例えば、フリップフロップ回路により実現することができる。この場合、「通常状態／過電流状態」は、１ビットの情報により表すことができる。
【００２８】
マイコン２は、過電流通知を受け取ると、所定時間経過後に、解除信号をラッチ回路１５へ送る。そして、ラッチ回路１５は、解除信号を受け取ると、「過電流状態」から「通常状態」に更新される。
駆動回路７は、ラッチ回路１５が「通常状態」に設定されている期間は、フィードバック回路６により生成されるＰＷＭ信号に従ってインバータ部１を駆動する。一方、ラッチ回路１５が「過電流状態」に設定されている期間は、インバータ部１を駆動する動作を停止する。
【００２９】
図３は、図１に示す電源装置の動作を説明する図である。ここでは、時刻Ｔ１以前は、ラッチ回路１５は「通常状態」に設定されているものとする。また、マイコン２は、過電流通知の発生回数をカウントするカウンタを備えているものとする。
【００３０】
時刻Ｔ１において過電流が検出されると、ラッチ回路１５が「通常状態」から「過電流状態」に更新され、過電流通知が生成される。このとき、上記カウンタは「０」から「１」にインクリメントされる。また、ラッチ回路１５が「過電流状態」に設定されると、駆動回路７はインバータ部１の駆動を停止するので、出力電流はいったん逆方向に流れた後、徐々にゼロに収束していく。
【００３１】
マイコン２は、過電流通知を受け取った時から時間Ｄが経過すると、時刻Ｔ２において解除信号を生成する。これにより、ラッチ回路１５が「過電流状態」から「通常状態」に更新されると、以降、駆動回路７は、ＰＷＭ信号に従ってインバータ部１を駆動する。従って、出力電流は上昇していく。
【００３２】
続いて、時刻Ｔ３において再び過電流が検出されると、同様の動作が繰り返される。ただし、今回は、上記カウンタは「１」から「２」にインクリメントされる。そして、以降、過電流の発生が検出される毎に、カウンタがインクリメントされていく。
【００３３】
このように、実施形態の電源装置では、過電流が発生すると、いったん即座にインバータ部１を停止させた後、所定時間Ｄが経過した時点でインバータ部１を復帰させる制御が行われる。すなわち、過電流が発生すると、インバータ部１が時間Ｄ１だけ停止され、電流が減少していく。したがって、インバータ部１のスイッチング素子や負荷は、過電流から保護される。
【００３４】
ところで、負荷の中には、図４に示すように、起動時にのみ大きな電流を必要とするものがある。この種の負荷としては、例えば、テレビ等の容量性負荷や、ハロゲンヒータ等のように低温時のインピーダンスが高温時のそれよりも低い発熱体等が該当する。
【００３５】
実施形態の電源装置は、この種の負荷を短時間で立ち上げるために、負荷の起動時には、その負荷が通常動作をしている期間と比較して、過電流の発生に起因してインバータ部１の動作を強制的に停止する時間Ｄ（過電流通知が生成されてから解除信号を出力するまでの時間Ｄ：図３参照；以下、「復帰時間」と呼ぶ）を短く設定する。これにより、負荷の起動時には、インバータ部１が強制的に停止させられる期間が短くなるので、その負荷に対してより多くの電流を供給することができる。すなわち、負荷起動性が向上する。
【００３６】
図５は、解除信号を生成する処理を示すフローチャートである。なお、この処理は、マイコン２により実行される。また、この処理は、過電流検出回路１１により過電流が検出されてラッチ回路１５により過電流通知が生成される毎に実行される。
【００３７】
ステップＳ１では、過電流通知を検知する。なお、ラッチ回路１５はこの時点で「過電流状態」に設定され、また、駆動回路７はインバータ部１の動作を停止する。ステップＳ２では、過電流通知の回数を計数するためのカウンタをインクリメントする。
【００３８】
ステップＳ３では、上記カウンタのカウント値に基づいて復帰時間Ｄを決定する。この場合、例えば、カウント値が所定値以下であれば、負荷が起動段階であるものとみなし、或いは負荷に対してまだ十分な電荷が供給されていないものとみなし、復帰時間Ｄとして、インバータ部１を駆動する駆動信号のキャリア周波数の１周期に相当する時間を設定する。一方、カウント値が所定値を越えていれば、負荷が既に通常動作に移ったものとみなし、或いは負荷に対して既に十分な電荷が供給されたものとみなし、復帰時間Ｄとして、インバータ部１を駆動する駆動信号のキャリア周波数の２周期に相当する時間を設定する。ここで、キャリア周波数を、例えば、１０ｋＨｚとすると、復帰時間Ｄとして、カウント値が所定値以下であれば「０．１ｍ秒」が設定され、カウント値が所定値を越えていれば「０．２ｍ秒」が設定される。
【００３９】
ステップＳ４〜Ｓ５では、タイマを設定する。なお、設定されるタイマ値は、ステップＳ３で決定された復帰時間Ｄである。そして、タイマが満了すると、ステップＳ６において、ラッチ回路１５に対して解除信号を出力する。なお、この解除信号によりラッチ回路１５は「過電流状態」から「通常状態」に更新され、駆動回路７はインバータ部１を駆動する動作を再開する。
【００４０】
このように、実施形態の電源装置によれば、負荷の起動時の復帰時間は、通常動作時の復帰時間と比べて短くなっている。このため、負荷の起動時の平均電流を大きくすることができ、負荷起動性が高くなる。なお、電流を大きくすると、インバータ部１のスイッチング素子における発熱量が増加するが、このような大きな電流が許容される期間は負荷の起動時のみであり、比較的短い期間である。したがって、スイッチング素子における損失（すなわち、温度上昇）はさほどでもない。一方、通常動作時に何らかの理由で過電流状態が継続したとしても、その段階では長い復帰時間が設定されているので、負荷に供給すべき平均電流は所定値以下に抑えられる。したがって、この場合も、スイッチング素子における損失はさほどでもない。
【００４１】
なお、上述の例では、２種類の「復帰時間」が利用されているが、本発明はこれに限定されるものではない。すなわち、３種類以上の「復帰時間」を用意しておき、負荷の起動時からその「復帰時間」を徐々に短くしていくようにしてもよい。
【００４２】
また、上述の例では、過電流通知の回数が所定値を越えるか否かにより「復帰時間」が切り替えられるようにしているが、本発明はこれに限定されるものではない。すなわち、例えば、負荷の起動時からの経過時間が所定時間を越えた時点で「復帰時間」が切り替えられるようにしてもよい。
【００４３】
実施形態の電源装置は、上述のようにして「復帰時間」を切り替える機能に加え、過電流の発生頻度に応じて基準正弦波を調整する機能も併せ持っている。すなわち、マイコン２は、所定値以上の頻度で過電流通知を受信すると、基準正弦波の振幅を小さくすることにより出力電圧を低下させる。そして、過電流状態が継続した場合は、この動作を繰り返すことにより出力電圧を徐々に低下させていく。これにより、スイッチング素子における損失を抑えることができる。また、マイコン２は、過電流通知を一定期間受信しなかった場合は、基準正弦波の振幅を大きくすることにより出力電圧を上昇させる。そして、過電流が発生しない状態が継続すると、この動作が繰り返され、出力電圧は元のレベルにまで徐々に上昇していくことになる。
【００４４】
なお、過電流の発生頻度をモニタする期間は、例えば、当該電源装置が生成する交流電力の１周期に相当する時間とする。即ち、生成される交流が５０Ｈｚであるものとすると、１モニタ時間は、２０ｍ秒になる。また、マイコン２は、例えば、各モニタ時間内に受信した過電流通知の回数が「１０回」を越えた場合には基準正弦波の振幅を１ステップだけ小さくし、その回数が「０回」であった場合には基準正弦波の振幅を１ステップだけ大きくし、その回数が「１〜９回」であった場合は基準正弦波の振幅をそのまま維持する。ここで、基準正弦波の振幅は、それぞれ上限値および下限値が決められているものとする。
【００４５】
図６は、過電流の発生頻度に応じて基準正弦波を調整する動作を説明する図である。図６（ａ）に示す例では、第１番目および第２番目のモニタ時間における過電流状態の発生回数が閾値（ここでは、１０回）を越えている。このため、基準正弦波の振幅は、徐々に小さくなっていく。この後、第３番目以降の各モニタ時間における過電流状態の発生回数が閾値よりも小さくなると、基準正弦波の振幅はそのまま維持されるようになる。
【００４６】
一方、図６（ｂ）に示す例では、各モニタ時間においてそれぞれ過電流が全く検出されていない。この場合、基準正弦波の振幅は徐々に大きくなっていく。そして、基準正弦波の振幅が予め決められている上限値に達すると、以降は、そのレベルを保持する。
【００４７】
このように、基準正弦波の振幅は、過電流の発生頻度が高くなると小さくなっていき、過電流が検出されない状態では大きくなっていく。ここで、電源装置の出力電圧は、フィードバック制御により、この基準正弦波に追従するようになっている。したがって、電源装置の出力電圧は、過電流の発生頻度が高くなると低下し、過電流が検出されない状態では上昇するように制御されることとなる。すなわち、過負荷状態が継続する場合には、出力電圧を低下させることにより負荷に供給すべき電力を小さくすることができ、この結果、スイッチング素子における損失の低下が図れる。
【００４８】
図７は、基準正弦波を調整する処理を示すフローチャートである。なお、この処理は、マイコン２により、モニタ時間ごとに実行される。
ステップＳ１１では、当該モニタ時間内に通知された過電流通知の回数を検出する。ステップＳ１２では、検出された回数と予め設定されている閾値（ここでは、１０回）とが比較される。
【００４９】
過電流通知の回数が１０回以上であれば、ステップＳ１３において、現在の基準正弦波の振幅が下限値レベルであるか否かを調べる。このとき、現在の基準正弦波の振幅が下限値レベルでなければ、ステップＳ１４において、基準正弦波の振幅を「１ステップ」だけ小さくする。そして、ステップＳ１５において、変更された振幅に基づいて基準正弦波を現す基準値マップを更新する。
【００５０】
一方、過電流通知の回数がゼロであれば、ステップＳ１６において、現在の基準正弦波の振幅が上限値レベルであるか否かを調べる。このとき、現在の基準正弦波の振幅が上限値レベルでなければ、ステップＳ１７において、基準正弦波の振幅を「１ステップ」だけ大きくし、その後ステップＳ１５の処理を実行する。
【００５１】
ステップＳ１８では、ステップＳ１５で更新された基準値マップにより現される基準正弦波を出力する。なお、過電流通知の回数が１〜９回であった場合、および現在の基準正弦波の振幅が上限値レベルまたは下限値レベルであった場合には、前回と同じ基準正弦波を出力する。
【００５２】
このように、実施形態の電源装置では、負荷の起動時の復帰時間を短くすることにより負荷起動性の向上が図られ、また、過電流の発生頻度に応じて出力電圧を調整することにより定常的な過負荷が接続された場合の損失の低減が図されている。
【００５３】
なお、上述の例では、図５および図７に示すフローチャートの処理がマイコン２を用いて予め記述されたプログラムを実行することにより実現されているが、本発明はこれに限定されるものではなく、ハードウェア回路により実現されるようにしてもよい。
【００５４】
図８（ａ）に示す構成では、ラッチ回路１５から出力されるラッチ信号（上述の例では、過電流通知に相当する）がカウンタＩＣおよび単安定マルチバイブレータに与えられる。ここで、カウンタＩＣは、Ｒ−２Ｒラダー抵抗が接続されており、ラッチ信号をカウントする。また、カウンタＩＣのカウント値は、電圧に変換される。そして、タイマＩＣは、カウンタＩＣから出力される電圧に基づいて決まる復帰時間を計時する。そして、この復帰時間が経過すると、ラッチ回路１５が解除される。なお、ラッチ信号が一定時間出力されなかった場合は、単安定マルチバイブレータによりカウンタＩＣがリセットされる。
【００５５】
図８（ｂ）に示す構成では、ラッチ信号がＲＣ回路に与えられ、そのＲＣ回路の出力がタイマＩＣに与えられる。ここで、このＲＣ回路の出力電圧は、ラッチ信号の出力頻度に応じて決まる。したがって、タイマＩＣにより計時される復帰時間は、ラッチ信号の発生頻度に応じて決まることになる。
【００５６】
図９は、本発明の他の実施形態の電源装置の構成図である。なお、インバータ部１、フィードバック回路６、駆動回路７、過電流検出回路１１、ラッチ回路１５は、図１〜図８を参照しながら説明した通りである。ただし、マイコン２は、出力電圧に応じて駆動回路７を強制的に停止する機能を備えている。
【００５７】
この電源装置は、出力電圧の実効値をモニタする。ここで、出力電流の平均値の上限が決められているものとすると、負荷がそれよりも大きな電流を要求した場合、当該電源装置の出力電圧は低下することになる。従って、この実施形態の電源装置では、出力電圧の実効値が閾値以下に低下したときは、過電流状態であるものとみなし、駆動回路７がインバータ部１を駆動する動作を停止させる。したがって、上記閾値を適切に設定すれば、この構成によっても過負荷に対処できる。
【００５８】
ところが、起動時等に一時的に大きな電流を必要とした後はさほど大きな電流を必要としない負荷（図４参照）に電力を供給する場合は、その通常動作時に必要となる電流を想定して閾値を設定すると、起動時にインバータ部１が繰り返し停止されることになり、負荷起動性が悪くなる。一方、負荷の起動時に必要となる大きな電流を想定して閾値を設定すると、通常動作時に比較的大きな電流が流れ続ける事態を防ぐことができず、スイッチング素子における損失が大きくなるおそれがある。
【００５９】
そこで、この実施形態の電源装置では、２以上の閾値を用意し、大きな電流に相当する閾値ほど不感時間を短くすることにより上述の問題を解決している。なお、「不感時間」とは、出力電圧の実効値が閾値を下回っている状態を無視あるいは許容する期間をいう。
【００６０】
図９において、整流回路２１は、インバータ部１の出力電圧を整流する。減衰回路２２は、整流回路２１の出力を減衰させる。実効値変換回路２３は、この電源装置から出力される交流の１周期の半分の時間毎に（すなわち、正弦波の半波毎に）、減衰回路２２の出力を実効値に変換する。そして、マイコン２は、出力電圧の実効値に基づいて駆動回路７の動作を停止すべきか否かを判断する。ここで、実効値変換回路２３の機能は、マイコン２により実現されるようにしてもよい。
【００６１】
なお、出力電圧実効値を正弦波の半波で算出するようにすれば、当該電源装置の異常（例えば、正弦波の半波しか出力されないような障害）を検出することができる。
図１０は、図９に示す電源装置の動作を説明する図である。ここでは、出力電圧の実効値をモニタするための閾値として、第１の閾値およびその第１の閾値よりも低い第２の閾値が設定されているものとする。
【００６２】
まず、時刻Ｔ１において、負荷電流の増加により出力電圧の実効値が第１の閾値よりも小さくなると、マイコン２は計時を開始する。ただし、出力電圧の実効値は、時刻Ｔ１から時間Ｅ１が経過する前に第１の閾値よりも高いレベルに戻っている。したがって、この場合、マイコン２は、駆動回路７を停止しない。すなわち、時間Ｅ１は、出力電圧の実効値が閾値を下回ったことを無視または許容する不感時間として働く。
【００６３】
続いて、時刻Ｔ２において、出力電圧の実効値が第１の閾値よりも小さくなると、マイコン２は再び計時を開始する。ところが、出力電圧の実効値は、時刻Ｔ２から時間Ｅ１が経過してもなお第１の閾値よりも低いレベルのままである。したがって、この場合、マイコン２は、駆動回路７を停止する。
【００６４】
さらに、時刻Ｔ３において、出力電圧の実効値が第２の閾値よりも小さくなると、この場合もマイコン２は計時を開始する。このとき、出力電圧の実効値が第２の閾値を下回った場合は、不感時間として上記時間Ｅ１よりも短い時間Ｅ２が設定されている。そして、時刻Ｔ３から時間Ｅ２が経過してもなお第２の閾値よりも低いレベルのままであると、マイコン２は、駆動回路７を停止する。
【００６５】
なお、この実施例において、時間Ｅ１は、例えば数１００ｍ秒〜数秒程度であり、当該電源装置を用いて負荷を起動するために必要な時間等を考慮して設定される。また、時間Ｅ２は、例えば数１０ｍ秒以下であり、スイッチング素子の定格等を考慮して設定される。したがって、負荷の起動時などに大きな電流が必要となる場合であっても、時間Ｅ１を越えない範囲であれば、比較的大きな電流を供給することができるので、短い時間で負荷を立ち上げることができる。一方、負荷が短絡に近い状態になると、出力電圧の実効値が第２の閾値を下回るので、この場合、時間Ｅ２が経過した時点で即座にインバータ部１が停止され、スイッチング素子が確実に保護される。
【００６６】
図１１は、出力電圧に基づいてインバータを停止する処理のフローチャートである。なお、この処理は、出力電圧の実効値が算出される毎にマイコン２により実行される。ここで、出力電圧の実効値は、例えば、当該電源装置から出力される交流の半波ごとに算出されるものとする。
【００６７】
ステップＳ２１では、出力電圧の実効値と第１の閾値ＴＨ１とを比較する。このとき、出力電圧の実効値が第１の閾値ＴＨ１よりも低ければ、ステップＳ２２において、タイマ１がＯＮ状態となっているかを調べる。ここで、タイマ１は、出力電圧の実効値が継続的に第１の閾値ＴＨ１を下回っていることを検出するためのタイマである。そして、タイマ１が停止していた場合は、ステップＳ２３でそれを起動する。
【００６８】
ステップＳ２４では、タイマ１をインクリメントする。続いて、ステップＳ２５において、タイマ１による計時が時間Ｅ１を越えているか否かを調べる。そして、タイマ１による計時が時間Ｅ１を越えていた場合には、ステップＳ３１において、インバータ部１を停止するための指示を駆動回路７に送る。
【００６９】
ステップＳ２６〜Ｓ３０の処理は、基本的に、上記ステップＳ２１〜Ｓ２５と同じである。すなわち、出力電圧の実効値が第２の閾値ＴＨ２よりも低ければ、タイマ２がインクリメントされる。ここで、タイマ２は、出力電圧の実効値が継続的に第２の閾値ＴＨ２を下回っていることを検出するためのタイマである。そして、タイマ２による計時が時間Ｅ２を越えていた場合には、ステップＳ３１において、インバータ部１を停止するための指示を駆動回路７に送る。
【００７０】
なお、出力電圧の実効値が第１の閾値ＴＨ１よりも高いときは、ステップＳ３２においてタイマ１およびタイマ２がリセットされる。また、出力電圧の実効値が第１の閾値ＴＨ１よりも低いが第２の閾値ＴＨ２よりも高い場合には、ステップＳ３３においてタイマ２のみがリセットされる。
【００７１】
以上詳述したように、本発明の実施形態の電源装置においては、負荷（特に、一時的に大きな電流を必要とする負荷）の起動性の向上、および継続的に過負荷状態となった場合に当該電源装置を保護する機能の確保、の両立が高次元で図れる。
【００７２】
なお、上述の実施例では、インバータ装置を前提として説明をしたが、本発明はこれに限定されるものではなく、例えば、直流電力を生成する電源装置にも適用可能である。
【００７３】
【発明の効果】
本発明によれば、負荷起動性が高く、かつ、継続的な過負荷に対してスイッチング素子における損失を抑えた電源装置が提供される。
【図面の簡単な説明】
【図１】本発明の実施形態の電源装置の構成図である。
【図２】インバータ回路の一例を示す図である。
【図３】図１に示す電源装置の動作を説明する図である。
【図４】負荷が要求する電流の例である。
【図５】解除信号を生成する処理を示すフローチャートである。
【図６】過電流の発生頻度に応じて基準正弦波を調整する動作を説明する図である。
【図７】基準正弦波を調整する処理を示すフローチャートである。
【図８】復帰時間を設定する機能を実現するハードウェア回路の例である。
【図９】本発明の他の実施形態の電源装置の構成図である。
【図１０】図９に示す電源装置の動作を説明する図である。
【図１１】出力電圧に基づいてインバータを停止する処理のフローチャートである。
【符号の説明】
１インバータ部（電力変換回路）
２マイコン（制御手段）
６フィードバック回路
７駆動回路
１１過電流検出回路（過電流検出手段）
１５ラッチ回路

Claims

起動時にのみ大きな電流を必要とする負荷に電力を供給する電源装置であって、
電力変換回路と、
上記電力変換回路の出力のための基準信号を生成する制御手段と、
上記電力変換回路の出力を上記基準信号に追従させるための制御信号を生成するフィードバック回路と、
過電流の発生を検出する過電流検出手段と、
過電流が検出されると第１の状態に設定され、解除信号を受信すると第２の状態に設定されるラッチ回路と、
上記ラッチ回路が上記第１の状態に設定されている期間に上記電力変換回路を停止すると共に、上記ラッチ回路が上記第２の状態に設定されている期間に上記制御信号に基づいて上記電力変換回路を駆動する駆動回路、を有し、
上記制御手段は、過電流が検出される頻度に応じて上記基準信号を調整すると共に、上記負荷の起動時には、過電流が検出されたときから第１の期間が経過したときに上記解除信号を生成し、その後は、過電流が検出されたときから上記第１の期間よりも長い第２の期間が経過したときに上記解除信号を生成する、
ことを特徴とする電源装置。
請求項１に記載の電源装置であって、
上記制御手段は、過電流状態が継続している期間は、予め決められた下限値に達するまで上記基準信号を段階的に低下させていく、
ことを特徴とする電源装置。
請求項１に記載の電源装置であって、
上記制御手段は、過電流が検出されない期間は、予め決められた上限値に達するまで上記基準信号を段階的に上昇させていく、
ことを特徴とする電源装置。
請求項１に記載の電源装置であって、
上記制御手段は、出力電圧が第１の基準値を第１の期間継続して下回ったときに、または、出力電圧が上記第１の基準値よりも低い第２の基準値を上記第１の期間よりも短い第２の期間継続して下回ったときに、上記駆動回路を強制的に停止する、
ことを特徴とする電源装置。
請求項４に記載の電源装置であって、
上記電力変換回路は、所定周波数の正弦波交流電力を生成し、
上記制御手段は、上記交流電力の半周期分の電圧をモニタすることによってその電圧実効値を算出し、算出した電圧実効値と上記第１および第２の基準値とを比較することにより上記駆動回路を強制的に停止するか否かの判断をする、
ことを特徴とする電源装置。