JP4821769B2 - コンバータ用放電回路 - Google Patents
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Description
本発明は、コンバータ用放電回路に関し、特に倍電圧整流回路を有するコンバータに用いられるコンバータ用放電回路に関する。
特許文献1には、整流回路と平滑コンデンサからなる整流・平滑回路(コンバータ)に用いられる放電回路が記載されている。整流・平滑回路は、交流電源から供給される交流電圧を直流電圧に変換して出力する。放電回路は、整流・平滑回路の入力線の一つと、整流・平滑回路の出力線の一つとの間に接続されたコンデンサと、平滑コンデンサに蓄えられる電圧を放電する放電抵抗と、放電抵抗と直列に接続されたスイッチ素子とを備えている。当該コンデンサは、当該入力線一つから当該出力線の一つへと電流が供給されて、充電される。
そして、交流電源から整流・平滑回路へと電源供給が遮断された場合に、当該コンデンサが放電する。放電回路は、当該コンデンサの両端電圧が所定値を下回ったことを以って、スイッチ素子を導通させて、放電抵抗を介して平滑コンデンサを放電させている。
なお、本発明に関する技術として、特許文献2,3が開示されている。
しかしながら、2つの平滑コンデンサを有する倍電圧整流回路から成るコンバータに、特許文献1に記載の放電回路を組み合わせた場合、電源供給が遮断されたときに、平滑コンデンサからコンデンサへと電流が流れ、当該コンデンサの放電を阻害する場合があった。
そこで、電源供給が遮断されたときに速やかに平滑コンデンサを放電できる放電回路を提供することを目的とする。
本発明に係るコンバータ用放電回路の第1の態様は、相互間に交流電圧が印加される第1及び第2の入力線(ACL1,ACL2)と、第1及び第2の出力線(DCL1,DCL2)と、アノードが前記第1の入力線(ACL1)と、カソードが前記第1の出力線(DCL1)とそれぞれ接続された第1ダイオード(D1)と、カソードが前記第1の入力線と、アノードが前記第2の出力線(DCL2)とそれぞれ接続された第2ダイオード(D2)と、一端が前記第1の出力線と、他端が前記第2の入力線(ACL2)とそれぞれ接続された第1のコンデンサ(C2)と、一端が前記第2の入力線と、他端が前記第2の出力線とそれぞれ接続された第2のコンデンサ(C3)とを備えるコンバータ(10)に用いられるコンバータ用放電回路(1)であって、前記第1の入力線と、前記第2の出力線との間で接続される第3のコンデンサ(C1)と、前記第1の出力線と、前記第2の出力線との間で接続される放電抵抗(R4)と、前記第1の出力線と、前記第2の出力線との間で前記放電抵抗と直列に接続されるスイッチ素子(SW1)と、前記第3のコンデンサの両端電圧が所定値を下回ったことを以って、前記スイッチ素子を導通させるスイッチ制御回路(11)とを備える。
本発明に係るコンバータ用放電回路の第2の態様は、第1の態様に係るコンバータ用放電回路であって、前記第2の入力線(ACL2)上、又は前記第1の入力線(ACL1)上のうち前記第3のコンデンサ(C1)に対して前記コンバータ(10)とは反対側に設けられ、前記第1及び前記第2の入力線の間に印加される前記交流電圧の供給が停止したときに非導通となる第2スイッチ素子(SW3)を更に備える。
本発明に係るコンバータ用放電回路の第3の態様は、第2の態様に係るコンバータ用放電回路であって、前記第2スイッチ素子(SW3)は信号を受けている間のみ導通し、前記第1及び前記第2の出力線(DCL1,DCL2)の間の電圧が、動作電圧として供給されて前記信号を前記第2スイッチ素子へと出力し、前記第1及び前記第2の出力線の間の電圧が、制御回路動作電圧を下回ると動作を停止する制御回路(2)を更に備える。
本発明に係るコンバータ用放電回路の第1の態様では、第3のコンデンサと第1のコンデンサとの間には、第1のダイオードが接続されている。より具体的には、第1のダイオードのアノードが第3のコンデンサと、カソードが第1のコンデンサとそれぞれ接続されている。よって、第1及び第2の入力端が開放されて第1および第2の入力端の間に印加される交流電圧が停止された場合、第1のコンデンサから第3のコンデンサへと電流が流れることを防止でき、より速やかに第3のコンデンサの両端電圧を低下させることができる。よって、交流電圧の停止後に速やかにスイッチ素子を導通させることができ、以って速やかに第1及び第2のコンデンサに充電された電荷を放電抵抗へと放電できる。
本発明に係るコンバータ用放電回路の第2の態様によれば、第1及び第2の入力線に、トランスを有する絶縁電源を接続した場合、交流電源の供給が停止した際に、第2のコンデンサから、トランスを介して第3のコンデンサへ電流が流れることを防止できる。交流電圧の供給が停止した状態で非導通である第2スイッチ素子が、第2のコンデンサと第3のコンデンサとの間に介在するからである。
本発明に係るコンバータ用放電回路の第3の態様によれば、第1及び第2の入力線に、トランスを有する絶縁電源を接続した場合、例えば停電やブレーカ断など、制御回路が認識しない異常によって交流電源の供給が遮断された際に、第2のコンデンサは、第2の入力線、トランス、第1の入力線、第2スイッチ素子を介して第3のコンデンサに接続されているが、制御回路により、第1及び第2の出力線の間の電圧を低下させることができる。よって、第1及び第2のコンデンサの放電時間を短縮できる。
そして、制御回路動作電圧を下回ると、制御回路は動作を停止(つまり第2スイッチ素子へ与える信号を停止)する。制御回路の動作停止によって第2スイッチ素子が非導通となり、第2のコンデンサから第3のコンデンサへと電流が流れることを防止できる。よって、第2スイッチ素子が非導通となった以降の第3のコンデンサの両端電圧を速やかに低下させることができる。そして、当該両端電圧が所定値を下回るとスイッチ素子が導通し、以って第1及び第2のコンデンサに蓄えられた電圧を放電させることができる。以上のように、検知しない異常によって交流電源の供給が遮断された場合であっても、速やかに第1及び第2のコンデンサに充電された電荷を放電できる。
第1の実施の形態.
図1は、第1の実施の形態にかかるコンバータ用放電回路の一例を用いた電源システムの概念的な構成を示す。電源システムは、交流電源E1と、コンバータ10と、放電回路1と、負荷4とを備えている。
図1は、第1の実施の形態にかかるコンバータ用放電回路の一例を用いた電源システムの概念的な構成を示す。電源システムは、交流電源E1と、コンバータ10と、放電回路1と、負荷4とを備えている。
交流電源E1は例えば商用電源である。
コンバータ10は、入力線ACL1,ACL2と、出力線DCL1,DCL2と、ダイオードD1〜D4と、平滑コンデンサC2,C3と、リアクトルL1とを備えている。
入力線ACL1,ACL2は交流電源E1に接続されている。
ダイオードD1は、アノードが入力線ACL1に、カソードが出力線DCL1にそれぞれ接続されている。ダイオードD2は、アノードが出力線DCL2に、カソードが入力線ACL1にそれぞれ接続されている。
平滑コンデンサC2は一端が出力線DCL1に他端が入力線ACL2にそれぞれ接続されている。平滑コンデンサC3は一端が入力線ACL2に他端が出力線DCL2にそれぞれ接続されている。平滑コンデンサC2,C3は出力線DCL1,DCL2の間で相互に直列に接続されている。
ダイオードD1,D2及び平滑コンデンサC2,C3は、入力線ACL1,ACL2の間に印加された交流電圧を倍電圧全波整流して出力線DCL1,DCL2の間に出力する。
負荷4は出力線DCL1,DCL2と接続されて、出力線DCL1,DCL2の間の電圧(平滑コンデンサC2,C3の一組の両端電圧)が供給される。
ダイオードD3は、アノードが平滑コンデンサC2,C3の間に、カソードが出力線DCL1にそれぞれ接続されている。ダイオードD3は平滑コンデンサC2に逆電圧が印加されることを防ぐ。ダイオードD4は、アノードが出力線DCL2に、カソードが平滑コンデンサC2,C3の間にそれぞれ接続されている。ダイオードD4は平滑コンデンサC3に逆電圧が印加されることを防ぐ。
リアクトルL1は入力線ACL1上に設けられている。
放電回路1は、分圧抵抗R1と、放電抵抗R4と、コンデンサC1と、スイッチ素子SW1と、スイッチ制御回路11とを備えている。
放電抵抗R4とスイッチ素子SW1とは、出力線DCL1,DCL2の間で相互に直列に接続されている。スイッチ素子SW1は例えば、MOSFET(金属酸化型電界効果トランジスタ)であって、ドレイン電極が放電抵抗R4に、ソース電極が出力線DCL2に、ゲート電極がスイッチ制御回路11にそれぞれ接続されている。放電抵抗R4、スイッチ素子SW1には、後述するように、平滑コンデンサC2,C3からの大きな放電電流が流れる。
分圧抵抗R1と、コンデンサC1とは、入力線ACL1と出力線DCL2との間で相互に直列に接続されている。
スイッチ制御回路11は、コンデンサC1の両端電圧が所定値を下回ったことを以って、スイッチ素子SW1のゲート電極へとスイッチ信号を出力して、スイッチ素子SW1を導通させる。より具体的な一例として、スイッチ制御回路11は、分圧抵抗R2,R3,R5,R6と、スイッチ素子SW2を備えている。
分圧抵抗R2,R3は相互に直列に接続され、分圧抵抗R2,R3の一組がコンデンサC1と並列に接続されている。
分圧抵抗R5,R6は相互に直列に接続され、分圧抵抗R5,R6の一組が放電抵抗R4及びスイッチ素子SW1の一組と並列に接続されている。
スイッチ素子SW2は例えばバイポーラトランジスタであって、ベース電極が分圧抵抗R2,R3の間に、エミッタ電極が出力線DCL2に、コレクタ電極が分圧抵抗R5,R6の間を介してスイッチ素子SW1のゲート電極にそれぞれ接続されている。
このような放電回路1において、コンデンサC1は分圧抵抗R1を介して充電される。分圧抵抗R3の両端電圧はスイッチ素子SW2のベース−エミッタ間の電圧と等しい。そして、通常動作においては、スイッチ素子SW2のベースに、出力線DCL1から分圧抵抗R5を介して流れるコレクタ電流を十分に流すことの出来るベース電流が流れており、スイッチ素子SW2が導通状態となっている。
当該スイッチ素子SW2の導通によって、出力線DCL1から分圧抵抗R5、スイッチ素子SW2へと電流が流れるので、分圧抵抗R6にはほとんど電流が流れず、分圧抵抗R6の両端電圧はほぼ0である。分圧抵抗R6の両端電圧はスイッチ素子SW1のゲート−ソース電極間の電圧と等しい。よって、このとき、スイッチ素子SW1は非導通となる。
そして、例えば停電やブレーカが落ちる、つまり交流電源E1が開放されて交流電源E1からの電源供給が遮断された場合、コンデンサC1に充電された電圧が分圧抵抗R2,R3を介して放電する。当該コンデンサC1の両端電圧の低下に伴い、スイッチ素子SW2のベース電流が低下し、出力線DCL1から分圧抵抗R5を介して流れるコレクタ電流を十分に流すことが出来なくなったときにスイッチ素子SW2が非導通となる。
当該スイッチ素子SW2の非導通に伴い、出力線DCL1から分圧抵抗R5,R6へと電流が流れる。このとき、分圧抵抗R6の両端電圧がスイッチ素子SW1のON電圧を越え、スイッチ素子SW1が導通する。当該スイッチ素子SW1の導通に伴い、平滑コンデンサC2,C3が放電抵抗R4を介して放電する。
上述した内容は、スイッチ制御回路11が、コンデンサC1の両端電圧が所定値を下回ったことを以ってスイッチ素子SW1を導通させる、と把握できる。
このような電源システムにおいて、コンデンサC1が分圧抵抗R2,R3を介して放電するに際して、平滑コンデンサC2とコンデンサC1との間にはダイオードD1が介在しているので、平滑コンデンサC2からコンデンサC1へと電流が流れることを防止できる。
また、平滑コンデンサC3とコンデンサC1との間には、開放された状態の交流電源E1が介在しているので、平滑コンデンサC3からコンデンサC1へと電流が流れない。よって、例えば停電やブレーカ断によって交流電源E1が開放された状態になり、交流電源E1からの電源供給が遮断された場合に、平滑コンデンサからコンデンサC1へと流れる電流を防止して速やかにコンデンサC1を放電させることができる。
図2は、本電源システムとの比較を示すための、倍電圧整流回路に放電回路を組み合わせた電源システムの他の一例を示している。図1に示す電源システムと比較して、入力線ACL1が平滑コンデンサC1,C2の間に、入力線ACL2がダイオードD1,D2の間に接続されている点で相違している。
このような電源システムにおいて、通常動作においては、ダイオードD1,D2によって倍電圧全波整流された直流電圧が平滑コンデンサC1,C2に充電される。そして、例えば停電やブレーカ断など、つまり交流電源E1が開放されて交流電源E1からの電源供給が遮断された場合、平滑コンデンサC3からリアクトルL1、分圧抵抗R1を介してコンデンサC1へと電流が流れる。つまり、コンデンサC1の放電を阻害するため、コンデンサC1の放電時間が長くなる。
図1に示す電源システムでは、交流電源E1が開放状態となって電源供給が遮断された場合、平滑コンデンサC2,C3からコンデンサC1へと電流が流れることを防止できる。よって、コンデンサC1の両端電圧が速やかに低下させることができ、以ってスイッチ素子SW1が導通し始めるタイミングを早めることができる。言い換えると、電源供給が遮断してから、平滑コンデンサC2,C3が放電抵抗R4を介して放電し始めるまでの期間を短縮できる。
第2の実施の形態.
図3は、第2の実施の形態にかかる放電回路の一例を用いた電源システムの概念的な構成を示している。本電源システムは、第1の実施の形態で示された構成に対して、スイッチ素子SW3と、マイコン用電源制御回路3と、制御マイコン2とを更に備えている。また、交流電源として、交流電源E1と、トランスT1とを有する絶縁電源E2を用いている。
図3は、第2の実施の形態にかかる放電回路の一例を用いた電源システムの概念的な構成を示している。本電源システムは、第1の実施の形態で示された構成に対して、スイッチ素子SW3と、マイコン用電源制御回路3と、制御マイコン2とを更に備えている。また、交流電源として、交流電源E1と、トランスT1とを有する絶縁電源E2を用いている。
トランスT1は一次巻線L11と、二次巻線L12とを備えている。一次巻線L11は交流電源E1と接続されている。二次巻線L12は入力線ACL1,ACL2と接続されている。二次巻線L12は一次巻線L11と磁気的に結合しており、一次巻線L11に印加される交流電圧の電圧値を変換して入力線ACL1,ACL2の間に印加する。
スイッチ素子SW3は、例えばリレーであって、入力線ACL1上のうちコンデンサC1に対してコンバータ10とは反対側に設けられている。スイッチ素子SW3はa接点(ノーマルオープン)のリレーであることが望ましい。具体的な一例として、スイッチ素子SW3は励磁コイルを有するリレーであって、当該励磁コイルへと通電されたときに導通状態となり、当該励磁コイルへと通電されないときに非導通状態となる。
マイコン用電源制御回路3は、例えばスイッチング電源回路31と、ダイオードD5と、コンデンサC4と、レギュレータ32とを備えている。
スイッチング電源回路31は、出力線DCL1,DCL2の間の直流電圧を交流電圧に変換して、当該交流電圧の電圧値を変換して出力する。
ダイオードD5は、スイッチング電源回路31の出力の一端に設けられ、スイッチング電源回路31の出力を整流する。
コンデンサC4はダイオードD5に対してスイッチング電源回路31とは反対側でスイッチング電源回路31の出力線の間に設けられ、ダイオードD5によって整流された直流電圧を平滑する。
レギュレータ32はコンデンサC4の両端電圧を例えば平滑、安定化して制御マイコン2へと供給する。
制御マイコン2は、マイコン用電源制御回路3を介して、出力線DCL1,DCL2の間の電圧を動作電圧として受け取り、スイッチ素子SW3の導通/非導通を制御する。また、電源供給が遮断された場合に、出力線DCL1,DCL2の間の電圧が、スイッチング電源回路31の動作電圧を下回ると、制御マイコン2は動作を停止する。
このような電源システムにおいて、例えば停電やブレーカ断など、つまり交流電源E1が開放されて絶縁電源E2から電源供給が遮断された場合について説明する。この場合、平滑コンデンサC3から二次巻線L12、スイッチ素子SW3、分圧抵抗R1を介してコンデンサC1へと電流が流れる。従って、電源供給が遮断された初期的にはコンデンサC1の放電が阻害される。
スイッチング電源回路31およびそれにつながる制御マイコン2等の負荷により、出力線DCL1,DCL2の間の電圧は低下する。そして、出力線DCL1,DCL2の間の電圧がスイッチング電源回路31の動作電圧を下回ると、十分な動作電圧が供給されずに制御マイコン2が動作を停止する。スイッチ素子SW3は、制御マイコン2から供給される励磁電流によって導通するため、制御マイコン2の動作停止によってスイッチ素子SW3は非導通となる。
なお、本電源システムの通常動作において、分圧抵抗R1〜R3には常時電流が流れる。分圧抵抗R1〜R3で生じる電力損失を抑制するために、これらの抵抗値を大きくして、分圧抵抗R1〜R3に流れる電流を小さくしている。つまり、電源供給が遮断された場合に、スイッチング電源回路31、ひいては制御マイコン2へと供給される電流は、コンデンサC1から例えば分圧抵抗R2,R3に流れる電流に比べて大きい。また、スイッチSW1を導通させる基準となる所定値に比べて、制御回路動作電圧は大きい。よって、コンデンサC1の両端電圧が、スイッチ素子SW1を導通させる際の基準となる所定値を下回る前に、出力線DCL1,DCL2の間の電圧が低下して制御マイコン2が動作を停止させることができる。
スイッチ素子SW3の非導通によって、平滑コンデンサC3からコンデンサC1へと電流が流れることを防止できる。従って、スイッチ素子SW3が非導通となった以降は、コンデンサC1の両端電圧の低下を促進できる。よって、第1の実施の形態と同様に、平滑コンデンサC2,C3の放電時間を短縮できる。しかも制御マイコン2は電源供給の遮断を検知する必要がない。
以上のように、制御マイコン2が認識できないような意図せぬ電源供給の遮断が生じた場合であっても、平滑コンデンサC2,C3の放電時間を短縮できる。
なお、スイッチSW1を導通させる基準となる所定値に比べて、制御回路動作電圧は大きい場合の動作説明を行なったが、制御回路動作電圧が小さい場合でも、スイッチング電源回路31により平滑コンデンサC3およびコンデンサC1の電圧低下を促進できるので、平滑コンデンサC2,C3の放電時間を短縮できる。
またスイッチング電源回路31の破損により、スイッチング電源回路31による消費がなくなったとしても、制御マイコン2への電源供給もなくなるので、スイッチ素子SW3の励磁コイルへの通電もできなくなり、平滑コンデンサC2,C3の放電時間を短縮できる。
またスイッチング電源回路31の破損により、スイッチング電源回路31による消費がなくなったとしても、制御マイコン2への電源供給もなくなるので、スイッチ素子SW3の励磁コイルへの通電もできなくなり、平滑コンデンサC2,C3の放電時間を短縮できる。
なお、スイッチ素子SW3は入力線ACL1上のうちコンデンサC1に対してコンバータ10と反対側に設けられていたが、入力線ACL2上に設けられていてもよい。この場合であっても、スイッチ素子SW3の非導通によって、平滑コンデンサC3からコンデンサC1へと電流が流れることを防止できる。
なお、例えば負荷4の異常や出力線DCL1,DCL2間の過電圧を検知する検知部を設け、制御マイコン2が当該検知部から異常情報を受け取って、当該異常情報に基づいて、スイッチ素子3を非導通としてもよい。当該スイッチ素子SW3の非導通によって、異常が生じたときに絶縁電源E2からの電源供給を遮断して電源システムを保護できる。
なお、本第2の実施の形態においても、絶縁電源E2の替わりに交流電源E1を用いてもよい。
またスイッチ素子SW1はMOSFETに限らず、例えばバイポーラトランジスタ等であってもよい。図4はスイッチ素子SW1にバイポーラトランジスタを用いた場合の電源システムの概念的な構成を示している。
なお、図3に示した電源システムにおいて制御マイコン2へと電源をどのように投入するのかは種々の方法を採用できる。この点は本発明の本質とは異なるので、図3においては省略していたが、例えば以下のように制御マイコン2へと電源を投入することができる。
図5は、図3における電源システムにおいて、初期的に制御マイコン2に電源を供給する方法を説明するための図である。図5においては、本電源システムが室外機200に搭載されている。室外機200は室内機100と電源線301,302と、伝送線303によって相互に接続されている。室内機100は交流電源E1から交流電源が供給され、通常運転に際して当該交流電源が電源線301,302を介して室外機200へと供給される。
室外機200において、スイッチ素子201は、入力線ACL1と伝送線300との間に介在し、制御マイコン2によって導通/非導通が制御される。スイッチ素子201は、b接点(ノーマルクローズ)のリレーである。つまり、制御マイコン2に電源が供給されていない場合、スイッチ素子201は導通状態である。
このような空気調和機において、室外機200へと電源が供給されていない場合は、スイッチ素子SW3は非導通であり、スイッチ素子201は導通している。そして、室外機200へと電源を供給するに際して、室内機100において、制御マイコン101が、電源線301と、伝送線303との間に介在するスイッチ素子102を導通させる。これにより、図5中の太線で示したラインを介して、制御マイコン2へと電源を供給することができる。そして、制御マイコン2がスイッチ素子SW3を導通させ、かつスイッチ素子201を非導通とする。
1 放電回路
2 制御マイコン
11 スイッチ制御回路
10 コンバータ
C1 コンデンサ
C2,C3 平滑コンデンサ
D1〜D4 ダイオード
R4 放電抵抗
SW1,SW3 スイッチ素子
2 制御マイコン
11 スイッチ制御回路
10 コンバータ
C1 コンデンサ
C2,C3 平滑コンデンサ
D1〜D4 ダイオード
R4 放電抵抗
SW1,SW3 スイッチ素子
Claims (3)
- 相互間に交流電圧が印加される第1及び第2の入力線(ACL1,ACL2)と、
第1及び第2の出力線(DCL1,DCL2)と、
アノードが前記第1の入力線(ACL1)と、カソードが前記第1の出力線(DCL1)とそれぞれ接続された第1ダイオード(D1)と、
カソードが前記第1の入力線と、アノードが前記第2の出力線(DCL2)とそれぞれ接続された第2ダイオード(D2)と、
一端が前記第1の出力線と、他端が前記第2の入力線(ACL2)とそれぞれ接続された第1のコンデンサ(C2)と、
一端が前記第2の入力線と、他端が前記第2の出力線とそれぞれ接続された第2のコンデンサ(C3)と
を備えるコンバータ(10)に用いられるコンバータ用放電回路(1)であって、
前記第1の入力線と、前記第2の出力線との間で接続される第3のコンデンサ(C1)と、
前記第1の出力線と、前記第2の出力線との間で接続される放電抵抗(R4)と、
前記第1の出力線と、前記第2の出力線との間で前記放電抵抗と直列に接続されるスイッチ素子(SW1)と、
前記第3のコンデンサの両端電圧が所定値を下回ったことを以って、前記スイッチ素子を導通させるスイッチ制御回路(11)と
を備える、コンバータ用放電回路。 - 前記第2の入力線(ACL2)上、又は前記第1の入力線(ACL1)上のうち前記第3のコンデンサ(C1)に対して前記コンバータ(10)とは反対側に設けられ、前記第1及び前記第2の入力線の間に印加される前記交流電圧の供給が停止したときに非導通となる第2スイッチ素子(SW3)
を更に備える、請求項1に記載のコンバータ用放電回路。 - 前記第2スイッチ素子(SW3)は信号を受けている間のみ導通し、
前記第1及び前記第2の出力線(DCL1,DCL2)の間の電圧が、動作電圧として供給されて前記信号を前記第2スイッチ素子へと出力し、前記第1及び前記第2の出力線の間の電圧が、制御回路動作電圧を下回ると動作を停止する制御回路(2)
を更に備える、請求項2に記載のコンバータ用放電回路。
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