JP4318662B2 - 保護回路,電源装置 - Google Patents
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図4は,特許文献1及び2に開示された電源回路Zを示すものであり,電源端子50a,50b,ヒューズ61,バリスタ62,トランス53,整流器54,制御機器55を有して回路構成されている。上記ヒューズ61の一端は電源端子50aに接続され,上記ヒューズ61の他端は上記トランス53の一次側端子53aとバリスタ62の一端に接続されている。また,上記バリスタ62の他端は上記電源端子50bと上記トランス53の一次側端子53bに接続されている。なお,上記電源端子50a,50bと上記トランス53との間(即ち,上記トランス53の前段回路)において上記ヒューズ61及び上記バリスタ62で構成された回路が過電圧保護回路60である。
このような従来の電源回路Zでは,上記電源端子50a,50bに過電圧が印加されるとバリスタ62の抵抗が急激に低下し或いはバリスタ62が破壊されてその両端が短絡し,その結果,上記ヒューズ61が溶断するため,該ヒューズ61の二次側回路に設けられたトランス53,整流器54や制御機器55などの電気機器が過電圧から保護されるようになっている。
この電源回路Yは,圧縮機10を駆動させる三相誘導電動機などの駆動モータ10a(高負荷機器)に電力を供給する高負荷系統(第2の負荷系統)と,リレー回路30(低負荷機器)に電力を供給する低負荷系統(第1の負荷系統)とに分けて電力を供給するように構成されている。
上記高負荷系統では,商用電源(AC200V)から電源端子1a,1bに入力された200Vの交流電力が,整流器7へ送給され,該整流器7により280Vの直流電力に変換され,更に電解コンデンサ8で平滑化された後に,出力端子2a,2bから圧縮機10の駆動モータ10aをインバータ制御するパワーモジュール9へ供給される。また,上記整流器7で変換されたDC280Vの電力をDC/DCコンバータ16で上記パワーモジュール9内の制御に必要なDC18Vに降圧して,出力端子2cから上記パワーモジュール9内の図示しない制御部などへ供給する回路構成となっている。なお,上記電解コンデンサ8は,上記整流器7で変換されたDC280Vもの高電圧を平滑するものであるため,非常に高容量のものが用いられる。
上記電源端子1aと上記整流器7の入力端子7aとの間には,電源投入直後に上記電解コンデンサ8で瞬間的に生じる突入電流(過電流)から上記整流器7や図示しない他の電気機器や回路素子を保護するための過電流保護回路20aが介挿されている。この過電流保護回路20aは,図示するように,上記リレー回路30のリレー31により開閉制御されるリレー接点35a(リレー35が励磁すると閉じられるメーク接点)とPTCサーミスタ23(PTC:Positive Temperature Coefficient)とが並列接続されて構成された回路であり,その並列回路の一端が電源端子1aに接続され,他端が整流器の入力端子7aに接続されている。なお,当該高負荷系統では,過電圧保護のため,上記電源端子1b及び上記整流器7の入力端子7b間に上記リレー回路30のリレー33により開閉制御されるリレー接点33a(リレー33が励磁すると閉じられるメーク接点)が介挿されている。
また,上記低負荷系統では,電源端子1a,1bから分岐された200Vの交流電力が,過電圧保護回路20b,トランス11を介して整流器12へ送給され,該整流器12でリレー回路30で必要なDC12Vに変換され,更に電解コンデンサ13で平滑化された後に,上記リレー回路30に供給される。また,上記整流器12で変換されたDC12Vの電力はレギュレータIC17で外部のマイコン14に必要なDC5Vに降圧された後,電解コンデンサ18して,出力端子3cから上記マイコン14へ供給する回路構成となっている。なお,上記電解コンデンサ13,18は,DC12V,DC5Vのような低電圧(制御電圧)を平滑するものであるため,上記電解コンデンサ8よりも極めて容量の小さいものが用いられる
上記過電圧保護回路20bは,ヒューズ21,バリスタ22,上記リレー接点33aを有して回路構成されており,上記ヒューズ21の一端は電源端子1aに接続され,上記ヒューズ21の他端は上記トランス11の一次側端子11aとバリスタ22の一端に接続されている。また,上記バリスタ22の他端は上記電源端子1bと上記トランス11の一次側端子11bに接続されている。
また,電源端子1bとアース端子4との間には,外来サージから上記電源回路Yを保護するべく,バリスタ41とサージアブソーバ42が直列接続されたサージ保護回路が設けられている。
そして,マイコン14によりリレー33が励磁されると,上記リレー接点33aが閉じられ,該リレー接点33aの両端が通電状態となる。これにより,上記PTCサーミスタ23を通る経路で電力が整流器7やパワーモジュール9を有する高負荷系統へ送給される。なお,このときはまだ上記パワーモジュール9による上記駆動モータ10aの制御は行われない。
上記高負荷系統へ電力が供給されると,上記電解コンデンサ8において電荷の充電(チャージ)が始まる。この際,電路に瞬間的に突入電流が流れるが,上述したように上記電解コンデンサ8は高容量であるため,上記電解コンデンサ8の充電時に発生する突入電流は,DC12Vの電路に設けられた電解コンデンサ13やDC5Vの電路に設けられた電解コンデンサ18の充電時に発生する突入電流に較べてはるかに大きく,そのため,上記整流器7などの電気機器や回路素子を焼損させる蓋然性が著しく高い。しかし,この電源回路Yには,上記PTCサーミスタ23が設けられており,突入電流(過電流)の発生による電流の増加に伴って上記PTCサーミスタ23の抵抗が増加するため,電路を流れる電流が抑制される。これにより,電源回路Yを構成する上記整流器7などの電気機器や回路素子が突入電流などの過電流から保護されることになる。
そして,上記突入電流が発生しなくなると,上記マイコン14によってリレー35が励磁され,上記リレー接点35aが閉じられて該リレー接点35aの両端が通電状態となる。この状態となって始めて上記パワーモジュール9による上記駆動モータ10aのインバータ制御が可能となる。
また,上記電源回路Yでは低負荷系統だけでなく,高負荷系統の過電圧保護のために,上記リレー33及びそのリレー接点33aを設ける回路構成となっているが,従来から,上記リレー33及びそのリレー接点33aを排除して,上記低負荷系統及び高負荷系統の双方の電路を過電圧から保護する回路構成が模索されていた。
また,過電圧が印加された場合は,上記低負荷系統が断路(上記ヒューズ21の溶断)されてから上記リレー接点33aが断電状態となるまでにかかる時間(リレー33の応答時間)だけ遅れて上記高負荷系統が断路されるが,上記リレー33の応答時間だけ上記高負荷系統に過電圧が印加されてしまい,上記高負荷系統の電気機器が破損或いは焼損するという問題がある。なお,この問題は,前記特許文献1及び2の過電圧保護回路60(図5参照)を上記低負荷系統だけでなく上記高負荷系統にも設けることにより解消されるが,回路がより複雑化するため好ましくない。
従って,本発明は上記事情に鑑みてなされたものであり,その目的とするところは,二以上の負荷系統に電力を供給する電源回路及び該電源回路に組み込まれる保護回路の回路構成を簡易化し,且つ確実な過電圧保護を実現することのできる保護回路及び電源装置を提供することにある。
交流電源からの供給電力を送給する複数本の電路のうちの少なくとも一の電路に該一の電路を流れる過電流を抑制する過電流抑制素子が介挿され,上記開閉器が上記過電流抑制素子と並列接続されてなる過電流保護回路と,
両端に過電圧が印加された際に両端の電路を短絡させる短絡素子が,上記一の電路に介挿された電路溶断素子の二次側電路における該電路溶断素子及び上記過電流抑制素子の接続点と他の電路との間に接続されてなる過電圧保護回路と,を具備してなることを特徴とする保護回路として構成される。
ここで,上記過電流抑制素子は,該過電流抑制素子に流れる電流値,若しくは該過電流抑制素子の温度の上昇に伴って抵抗値が増大するPTCサーミスタ(正特性サーミスタ)などの正特性抵抗素子である。また,上記短絡素子は,両端に印加された電圧の上昇に伴って抵抗値が減少するバリスタなどの逆特性抵抗素子である。さらに,上記開閉器は,上記電路溶断素子及び上記過電流抑制素子に並列接続されている。
これにより,従来のように大型のトランスを設けることがなく,更に開閉器を省減することができるため,保護回路の回路構成の簡易化が実現される。また,一の過電圧保護回路で第1及び第2の負荷系統を同時に確実に過電圧から保護することが可能となる。
ここで,上記第1及び第2の負荷系統に生じる過電流は様々な要因で発生するが,ほとんどの場合,上記過電流は,いずれかの負荷系統で負荷がかかった際に瞬間的に生じる突入電流と同一視することができる。したがって,上記第1及び第2の負荷系統で発生する突入電流などの過電流が静定したと判断される所定の条件を満たした場合に,上記開閉器を作動させてその両端を通電するようにすれば,上記過電流抑制素子における無駄な電力消費量を抑制することができる。
この場合,上記所定の条件としては,上記第1及び第2の負荷系統の少なくともいずれか一方で負荷が発生したときから既定時間が経過したこと,或いは,上記過電流抑制素子を流れる電流が所定値未満となったことなどが考えられる。即ち,上記開閉器が,上記所定の条件を満たした場合に,上記開閉器制御手段により閉動作されるものである。
また,本発明は,上記電源回路と上記保護回路とを備えてなる電源装置として捉えてもよい。このような電源装置であっても,上述した保護回路と同じ効果が奏される。
図1に,空気調和機の室外機(不図示)に備えられた圧縮機10を駆動させる駆動モータ10aにAC200Vの交流電力を供給する本発明の実施の形態に係る電源回路X1の電気回路を示す。ここで,図1において,前記した従来の電源回路Y(図3)の構成要素と共通する構成要素には同符合を付して表している。また,ここでは,従来の電源回路Yと同様の構成についてはその詳細な説明を割愛する。
図示するように,本電源回路X1は,AC200Vの商用電源から供給された交流電力を該電源回路X1内で2つの負荷系統に分岐して,開閉器制御手段の一例であるマイコン14(リレー制御部の一例)及び該マイコン14により制御されるリレー回路30を有する低負荷系統(第1の負荷系統)と,上記駆動モータ10a及び該駆動モータ10aを駆動制御するパワーモジュール9を有する高負荷系統(第2の負荷系統)とに供給するように構成される。もちろん,これらの2つの負荷系統へ電力を供給する形態に限られず,2以上の負荷系統へ電力を供給するよう構成された電源回路全般に本発明を適用することが可能である。
なお,言うまでもないが,本電源回路X1は本発明の一実施形態であって,上記駆動モータ10aに電力を供給する用途に限られない。また,上記電源回路X1,上記パワーモジュール9,及び上記マイコン14を有して構成される電源装置も本発明の実施形態の一例であり,本発明の技術的範囲に属する。
上記電源回路X1は,電源端子1a,1b,アース端子4,入力端子3a,出力端子2a,2bの6つの外部端子を有する。
上記電源端子1a,1bには商用電源(AC200V)が接続され,上記出力端子2a,2bは上記パワーモジュール9の入力端子9a,9bに接続され,上記入力端子3aは図示しない上記室外機の構成要素を制御するマイコン14の出力端子14aに接続され,上記アース端子4は接地接続されている。
また,上記電源回路X1は,大別して,上記電源端子1a,1bから過電圧が入力された際に後段の電気機器を上記過電圧から保護すると共に,回路に生じた突入電流(過電流)を抑止する保護回路20と,上記商用電源からの交流電力を整流して直流電力に変換するダイオードブリッチ回路などの整流器7と,上記整流器7の二次側から分岐された一方の電路を通る電力をDC12Vに降圧するDC/DCコンバータ15と,上記DC/DCコンバータ15から電力供給を受けるリレー回路30と,電源端子1bとアース端子4との間に設けられたバリスタ41及びサージアブソーバ42からなるサージ保護回路とを有して回路構成されている。上記整流器7の二次側から分岐された他方の電路は上記出力端子2a,2bに接続されている。
なお,前記した従来の電源回路Y(図3参照)と較べて本電源回路X1には,交流電力を変圧するトランス11及び整流器12に取って代わって小型のDC/DCコンバータ15が設けられているため,前記電源回路Yと比較して,本電源回路X1は回路構成及び基板実装面を縮小することができる。
上記バリスタ22の一端は,上記ヒューズ21の二次側電路,即ち上記ヒューズ21及び上記PTCサーミスタ23の接続点と接続され,上記バリスタ22の他端は上記電源端子1b及び上記整流器7の入力端7bと接続されている。
また,上記リレー接点31aは上記ヒューズ21及び上記PTCサーミスタ23と並列接続されている。
なお,上記PTCサーミスタ23が上記電源ラインL1に介挿され,このPTCサーミスタ23に上記リレー接点31aが並列接続されることにより過電流保護回路が構成される。また,上記バリスタ22が上記ヒューズ21の二次側電路に接続されることにより過電圧保護回路が構成される。
このとき,上記電解コンデンサ8において電荷の充電(チャージ)が開始されることにより,瞬時的に突入電流が電路に流れる場合があるが,突入電流が上記PTCサーミスタ23を流れることにより,該PTCサーミスタ23の抵抗が急激に上昇することにより,電路を流れる過電流が抑制されるため,発生した突入電流による電気機器の損傷,焼損が防止される。特に,上記電解コンデンサ8と上記電源端子1a,1aとの間に設けられた整流器7(のダイオード)を効果的に保護することができる。なお,上記PTCサーミスタ23に代えて,電路を流れる過電流を抑制し得る機能を有する素子であれば如何なる素子でも用いることが可能である。
このように,上記所定の条件を満たした場合に上記リレー接点31aを作動させてその両端を通電すれば,上記PTCサーミスタ23における無駄な電力消費量を抑制することができる。
なお,上記既定時間は,上記電力供給時から前記電解コンデンサ8で所定電圧がチャージされ,このチャージ中に電路を流れる電流が安定化するまでの時間である。この場合の上記既定時間は,上記チャージによる突入電流の発生のおそれがなくなるまでの時間である。このような既定時間は,本電源回路X1に供給される電力量やこの電源回路X1の負荷などによって予め算定しておき,上記マイコン14の内蔵メモリなどに記憶しておく。そして,上記マイコン14の内臓タイマなどにより上記既定時間が計時される。
また,上記所定の値は,電路を流れる電流が安定化したと判定できる電流値である。このような判定は,例えば上記PTCサーミスタ23と直列に電流計(電流センサ)などを接続しておき,この数値を上記マイコン14が読み取り,上記所定の値と比較することにより実行される。なお,上記所定の値も,本電源回路X1やこの電源回路X1により供給される負荷などによって予め算定しておき,上記マイコン14の内蔵メモリなどに記憶させておく。
このように,本保護回路20では,従来の電源回路Y(図3参照)のようにリレー接点を用いずとも,ヒューズ21及びバリスタ22で構成される過電圧保護回路により,リレー回路30を含む低負荷系統とパワーモジュール9を含む高負荷系統とを同時に保護することができる。したがって,保護回路20からリレー接点を,リレー回路30からリレーを省くことができるため,保護回路20及び電源回路X1の回路構成を簡易化することができる。
なお,上記バリスタ22に代えて,両端に過電圧が印加された際に両端の電路を短絡させる機能を有する素子であれば如何なる素子を用いてもかまわない。
この電源回路X2では,上述の実施の形態に係る電源回路X1のDC/DCコンバータ15とは異なり,リレー回路30に供給するDC12V,マイコン14に供給するDC5V,パワーモジュール9に供給するDC18Vの各電圧を出力可能な複数の出力レンジを有するマルチ出力型のDC/DCコンバータ15−1が備えられている。なお,上記DC/DCコンバータ15−1に代えて,上記各電圧を生成して出力するように構成された如何なる装置や回路を用いてもかまわない。
なお,従来の電源回路Y(図3参照)では,過電圧が入力された場合に,パワーモジュール9を含む負荷系統がリレーの応答時間だけ遅れて断路されるため,各負荷系統にDC/DCコンバータ16やレギュレータIC17を設けていたが,本発明によれば,各負荷系統が同時に断路されるため,パワーモジュール9の制御に用いられるDC18Vが先に断電されて駆動モータ10aの制御が不安定になるという不具合も生じないため,マルチ出力型の上記DC/DCコンバータ15−1を用いることが可能となる。
このようなDC/DCコンバータ15−1を用いることにより,他の直流電源から上記マイコン14及び上記パワーモジュール9に直流電力を供給するといった図1に示す複雑な電源構成を簡易化することができる。
8…電解コンデンサ
9…パワーモジュール
10…圧縮機
10a…駆動モータ
13…電解コンデンサ
14…マイコン(開閉器制御手段,リレー制御部の一例)
15…DC/DCコンバータ
15−1…マルチ出力型のDC/DCコンバータ
17…レギュレータIC
18…電解コンデンサ
20…保護回路
21…ヒューズ(電路溶断素子の一例)
22…バリスタ(短絡素子,逆特性抵抗素子の一例)
23…PTCサーミスタ(過電流抑制素子,正特性抵抗素子の一例)
30…リレー回路(開閉器制御手段の一例)
31,33,35…リレー
31a,33a,35a…リレー接点
41…バリスタ
42…サージアブソーバ
Claims (4)
- 交流電源からの供給電力を分岐して,所定の条件を満たす場合に電路を開閉する開閉器の開閉動作を制御する開閉器制御手段を含む第1の負荷系統と,該第1の負荷系統とは異なる第2の負荷系統とに送給する電源回路に設けられ,該電源回路における上記供給電力の分岐点の前段に組み込まれ,上記第1及び第2の負荷系統に入力される過電圧及び上記第1及び第2の負荷系統に生じる過電流の少なくとも一つを抑止する保護回路であって,
交流電源からの供給電力を送給する複数本の電路のうちの少なくとも一の電路に該一の電路を流れる過電流を抑制する過電流抑制素子が介挿され,上記開閉器が上記過電流抑制素子と並列接続されてなる過電流保護回路と,
両端に過電圧が印加された際に両端の電路を短絡させる短絡素子が,上記一の電路に介挿された電路溶断素子の二次側電路における該電路溶断素子及び上記過電流抑制素子の接続点と他の電路との間に接続されてなる過電圧保護回路と,
を具備してなり,
上記過電流抑制素子が,該過電流抑制素子に流れる電流値,若しくは該過電流抑制素子の温度の上昇に伴って抵抗値が増大する正特性抵抗素子であって,
上記短絡素子が,両端に印加された電圧の上昇に伴って抵抗値が減少する逆特性抵抗素子であり,
上記開閉器が,上記電路溶断素子及び上記過電流抑制素子に並列接続されてなることを特徴とする保護回路。 - 上記開閉器が,上記第1及び第2の負荷系統の少なくともいずれか一方で負荷が発生したときから既定時間が経過したことを条件に,或いは,上記過電流抑制素子を流れる電流が所定値未満となったことを条件に,上記開閉器制御手段により閉動作されるものである請求項1に記載の保護回路。
- 上記開閉器がリレー接点であり,
上記開閉器制御手段が上記リレー接点を動作させるリレーを含むリレー回路及び/又は該リレーを励磁させるリレー制御部を有してなる請求項1又は2のいずれかに記載の保護回路。 - 交流電源からの供給電力を分岐して,所定の条件を満たす場合に電路を開閉する開閉器の開閉動作を制御する開閉器制御手段を含む第1の負荷系統と,該第1の負荷系統とは異なる第2の負荷系統とに送給する電源回路と,該電源回路における上記供給電力の分岐点の前段に組み込まれ,上記第1及び第2の負荷系統に入力される過電圧及び上記第1及び第2の負荷系統に生じる過電流の少なくとも一つを抑止する上記請求項1〜3のいずれかに記載の保護回路とを備えてなることを特徴とする電源装置。
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