JP5223320B2 - 共用プリント基板およびそれを用いた直流電源回路 - Google Patents

Description

本発明は、単相入力と２相ダイオードブリッジ（単相ブリッジ整流回路）の入力間に、少なくとも１つの電流遮断型ヒューズを介在させ、単相入力または三相入力を直流出力に変換する電源回路用の共用プリント基板を用いた直流電源回路に関する。

産業用設備機器は、単相交流電源または三相交流電源を入力として使用される可能性があり、機器の駆動源であるモータおよびモータ駆動装置も両方の交流電源に対応する必要がある。

このため、入力である交流電源が単相入力か三相入力かを判断する判別手段と、判別結果に基づき、過電流保護回路の過電流レベルを変化させる過電流変化レベル手段を備えた電力変換装置の過電流保護回路が提案されている（例えば、特許文献１参照）。

近年、モータ駆動装置は、交流入力を直流出力に電力変換し、平滑用コンデンサに接続された直流電圧を電源としてインバータ部をスイッチング動作させ、モータに印加する電圧を制御してモータ電流を制御するのが一般的で、直流ラインに平滑用コンデンサの充電電流を抑制する突入電流抑制抵抗器と、充電後に突入電流抑制抵抗器を短絡するリレーとを設けている（例えば、特許文献２の図３参照）。

そして、平滑用コンデンサがショートモードで故障した場合に、交流電源を遮断できる安全性の高い電源保護回路を提供するため、交流電源端子の一方とダイオードブリッジ入力端子の一方の間に過電流保護手段と、過電流保護手段の両端に接続したリレーを備えたものが提案されている（例えば、特許文献２の図１，図２参照）。
特開昭６０−１３４７２２号公報 特開２００７−２３６１０７号公報

通常、三相入力の直流電源回路は、単相入力にも対応することができる。このため、単相入力で使用する場合であっても、電流遮断型ヒューズは２つ備えておく必要がある。また、入力端子の接続方法によっては、片相側または両相側に電流遮断型ヒューズが介在する場合がある。

一般家電製品に使用される２相ダイオードブリッジは、大量に使用されるため安価に入手することができる。安価な２相ダイオードブリッジに対して、電流遮断型ヒューズは高価であり、単相入力用のプリント基板を新設すれば、電流遮断型ヒューズによるコストア
ップは解消できるが、プリント基板を共用することができず、コストアップおよびプリント基板の管理が煩雑になる。また、３相ダイオードブリッジを用いるよりも、２相ダイオードブリッジを２つ用いた方が安価に構成できる。

本発明は上記従来の課題を解決するものであり、単相入力と三相入力の両方に対応でき、所望の直流電源回路を安価に構成できる共用プリント基板を提供することを目的とする。

上記課題を解決するため請求項１に記載の共用プリント基板は、単相入力と２相ダイオードブリッジ間に少なくとも１つのヒューズを介在させ、単相入力または三相入力を直流出力に変換する電源回路用の共用プリント基板において、第１および第２の直列した２つのダイオードを内蔵した第１の２相ダイオードブリッジと２つのヒューズを接続するため、入力端子Ｒと第１の直列した２つのダイオードの入力（中点）間に第１ヒューズを、入力端子Ｔと第２の直列した２つのダイオードの入力（中点）間に第２ヒューズを、それぞれ設置可能にパターンを配設し、第３および第４の直列した２つのダイオードを内蔵した第２の２相ダイオードブリッジと入力端子Ｓを接続するため、前記入力端子Ｓと第４の直列した２つのダイオードの入力（中点）を接続するパターンを配設するとともに、第１の直列した２つのダイオードの入力と第３の直列した２つのダイオードの入力（中点）を接続するパターンを配設したことを特徴とする。

請求項２に記載の直流電源回路は、請求項１に記載の共用プリント基板と、第１および第２の直列した２つのダイオードを内蔵した２相ダイオードブリッジと、第１および第２電流遮断型ヒューズを備え、入力端子Ｒと第１の直列した２つのダイオードの入力間に第１電流遮断型ヒューズを配設し、入力端子Ｔと第２の直列した２つのダイオードの入力間に第２電流遮断型ヒューズを配設している。

請求項３に記載の直流電源回路は、請求項２に加えて、第３および第４の直列した２つのダイオードを内蔵した第２の２相ダイオードブリッジを備え、第１の直列した２つのダイオードの入力（中点）と第３の直列した２つのダイオードの入力（中点）が接続されている。

請求項４に記載の直流電源回路は、請求項１に記載の共用プリント基板と、第３および第４の直列した２つのダイオードを内蔵した２相ダイオードブリッジと、第１電流遮断型ヒューズを備え、入力端子Ｒと第３の直列した２つのダイオードの入力（中点）間に第１電流遮断型ヒューズを配設し、入力端子Ｓと第４の直列した２つのダイオードの入力（中点）が接続されている。

請求項１に記載の共用プリント基板によれば、１種類のプリント基板で単相入力と三相入力に対応することができ、所望の直流電源回路を安価に提供することができる。

請求項２に記載の直流電源回路によれば、従来の三相入力の直流電源回路の両側に電流遮断型ヒューズを挿入する接続方法に比べて、２相ダイオードブリッジが１つでよく、安価に構成できる。

請求項３に記載の直流電源回路によれば、従来の三相入力の直流電源回路と比べ、入力電源Ｒ相は、第１および第３の直列した２つのダイオードに接続された構成となるため、信頼性が向上する。

請求項４に記載の直流電源回路によれば、単相入力専用のプリント基板を用いることなく、電流遮断型ヒューズを片側に挿入した、単相入力の直流電源回路を安価に得ることができる。

したがって、１種類のプリント基板で、単相入力または三相入力に対して、所望の直流電源回路を安価に提供することができる。

第１および第２の直列した２つのダイオードを内蔵した第１の２相ダイオードブリッジと２つのヒューズを接続するため、入力端子Ｒと第１の直列した２つのダイオードの入力間に第１ヒューズを、入力端子Ｔと第２の直列した２つのダイオードの入力間に第２ヒューズを、それぞれ設置可能にパターンを配設し、第３および第４の直列した２つのダイオードを内蔵した第２の２相ダイオードブリッジと入力端子Ｓを接続するため、前記入力端子Ｓと第４の直列した２つのダイオードの入力を接続するパターンを配設するとともに、第１の直列した２つのダイオードの入力と第３の直列した２つのダイオードの入力を接続するパターンを配設した共用プリント基板である。以下、図面を参照しながら実施の形態について説明する。
（実施の形態１）
実施の形態１は、単相交流電源の両方の入力相に電流遮断型ヒューズを設けた直流電源回路について説明する。

図１は本発明の直流電源回路を用いたモータ駆動装置における要部のブロック回路図である。図１において、モータ駆動装置は、入力となる単相交流電源と、後述する三相交流電源の両方に接続できるように３つの入力端子Ｒ，Ｓ，Ｔを備えている。２は、２相ダイオードブリッジ、４および５は、電流遮断型ヒューズである。６は平滑用コンデンサ、７はインバータ部、８はモータである。共用プリント基板の配線パターンについては、回路図の配線で代用したものとする。

実施の形態１のモータ駆動装置は、単相入力を２相ダイオードブリッジ２で直流出力に電力変換する。２相ダイオードブリッジ２の出力に平滑用コンデンサ６が接続され、この直流電圧を電源としてインバータ部７をスイッチング動作させ、モータ８に印加する電圧を制御してモータ電流を制御する。入力端子Ｒ，Ｓ，Ｔから平滑用コンデンサ６までが直流電源回路１である。

２相ダイオードブリッジ２は、第１の直列した２つのダイオード２ａと、第２の直列した２つのダイオード２ｂを内蔵しており、入力端子Ｒと第１の直列した２つのダイオード２ａの入力（中点）間に、電流遮断型ヒューズ４を配設し、入力端子Ｔと第２の直列した２つのダイオード２ｂの入力（中点）間に、電流遮断型ヒューズ５を配置する。

この構成により、実施の形態１の単相入力の直流電源回路は、入力端子Ｒおよび入力端子Ｔと、２相ダイオードブリッジの間には２つの電流遮断型ヒューズが介在することになる。従来の三相入力の直流電源回路（３相ダイオードブリッジを使用した場合）に比べて、１つの２相ダイオードブリッジで構成できるため、直流電源回路を安価に構成できる。（実施の形態２）
実施の形態２のモータ駆動装置は、三相入力に対応するため、実施の形態１に加えて、２相ダイオードブリッジ３を追加した直流電源回路であり、相違点を中心に説明する。図２は、本発明の直流電源回路を用いたモータ駆動装置における要部のブロック回路図である。

図２において、三相入力に対応するため２相ダイオードブリッジを２つ使用する。この
ため、２相ダイオードブリッジ２と同じ構成の２相ダイオードブリッジ３を用いる。２相ダイオードブリッジ３は、第１の直列した２つのダイオード３ａと、第２の直列した２つのダイオード３ｂを内蔵しており、図２に示すように、入力端子Ｓと２相ダイオードブリッジ３の第２の直列した２つのダイオード３ｂの入力(中点)を接続する。これにより、三相（Ｒ，Ｓ，Ｔ）全ての全波整流が可能になる。

実施の形態１では、２相ダイオードブリッジを１つしか使用しないため、説明することができなかったが、本発明の共有プリント基板は、この２相ダイオードブリッジ３と、入力端子の配線に特徴がある。本発明の共用プリント基板は、２相ダイオードブリッジ３の第１の直列した２つのダイオード３ａの入力と２相ダイオードブリッジ２の第１の直列した２つのダイオード２ａの入力を接続する点である。この配線によって、実施の形態１の直流電源回路１および実施の形態２の直流電源回路１１を、１種類の共用プリント基板で構成することができる。

実施の形態２の直流電源回路１１によれば、入力Ｒ相は、２つの直列した２つのダイオードに接続されることとなり、電流が分割されるため故障確率が低くなり、信頼性の高い三相入力に対応した直流電源回路が得られる。
（実施の形態３）
実施の形態３は、単相交流電源の片方の入力相に電流遮断型ヒューズを設けた直流電源回路である。従来は専用プリント基板が必要であったが、本発明の共用プリント基板を用いることで、単相入力の１相側にのみ電流遮断型ヒューズ４を介在させる。

この場合、実施の形態２から２相ダイオードブリッジ２と、電流遮断型ヒューズ５を取り除けばよく、図３に示す直流電源回路１２となる。これにより、専用のプリント基板を新設することなく、安価な単相入力の直流電源回路を提供できる。

このように、本発明の共用プリント基板を用いれば、三相入力と２種類の単相入力に対応することができ、所望の直流電源回路およびそれを用いたモータ駆動装置を安価に提供することができる。

本発明の共用プリント基板は、交流電源を入力とする産業用設備機器の電源回路基板に最適であり、電力変換回路を有するモータ駆動装置などにも有用である。

本発明の実施の形態１における直流電源回路を用いたモータ駆動装置の要部ブロック回路図 本発明の実施の形態２における直流電源回路を用いたモータ駆動装置の要部ブロック回路図 本発明の実施の形態３における直流電源回路を用いたモータ駆動装置の要部ブロック回路図

１，１１，１２ 直流電源回路
２，３ ２相ダイオードブリッジ
２ａ，２ｂ，３ａ，３ｂ 直列した２つのダイオード
４，５ 電流遮断型ヒューズ
６ 平滑用コンデンサ
７ インバータ部
８ モータ

Claims (4)

1. 単相入力と２相ダイオードブリッジ間に少なくとも１つのヒューズを介在させ、単相入力または三相入力を直流出力に変換する電源回路用の共用プリント基板において、
   第１の直列した２つのダイオードおよび第２の直列した２つのダイオードを内蔵した第１の２相ダイオードブリッジと２つのヒューズを接続するため、入力端子Ｒと前記第１の直列した２つのダイオードの入力（中点）間に第１ヒューズを、入力端子Ｔと第２の直列した２つのダイオードの入力（中点）間に第２ヒューズを、それぞれ設置可能にパターンを配設し、
   第３の直列した２つのダイオードおよび第４の直列した２つのダイオードを内蔵した第２の２相ダイオードブリッジと入力端子Ｓを接続するため、前記入力端子Ｓと第４の直列した２つのダイオードの入力（中点）を接続するパターンを配設するとともに、第１の直列した２つのダイオードの入力と第３の直列した２つのダイオードの入力（中点）を接続するパターンを配設したことを特徴とする共用プリント基板。
2. 請求項１に記載の共用プリント基板と、
   第１の直列した２つのダイオードおよび第２の直列した２つのダイオードを内蔵した２相ダイオードブリッジと、
   第１および第２電流遮断型ヒューズを備え、
   入力端子Ｒと第１の直列した２つのダイオードの入力（中点）間に第１電流遮断型ヒューズを配設し、入力端子Ｔと第２の直列した２つのダイオードの入力（中点）間に第２電流遮断型ヒューズを配設したことを特徴とする直流電源回路。
3. さらに、第３の直列した２つのダイオードおよび第４の直列した２つのダイオードを内蔵した第２の２相ダイオードブリッジを備え、
   第１の直列した２つのダイオードの入力（中点）と第３の直列した２つのダイオードの入力（中点）が接続されていることを特徴とする請求項２に記載の直流電源回路。
4. 請求項１に記載の共用プリント基板と、
   第３の直列した２つのダイオードおよび第４の直列した２つのダイオードを内蔵した２相ダイオードブリッジと、
   第１電流遮断型ヒューズを備え、
   入力端子Ｒと第３の直列した２つのダイオードの入力（中点）間に第１電流遮断型ヒューズを配設し、入力端子Ｓと第４の直列した２つのダイオードの入力（中点）が接続されていることを特徴とする直流電源回路。