JP5395571B2 - 直流電源装置 - Google Patents

Description

本発明は、内燃機関等により駆動される交流発電機を電源としてバッテリ等の蓄電素子と負荷とに電力を供給する直流電源装置に関するものである。

内燃機関等により駆動される交流発電機を電源としてバッテリと負荷とに電力を供給する直流電源装置として、ダイオードとサイリスタとの混合ブリッジ回路からなる制御整流回路を用いて発電機の交流出力を整流するようにしたものが多く用いられている。

この種の電源装置では、特許文献１に示されているように、制御整流回路の直流出力端子間の電圧が設定された調整値以下のときに直流出力端子側から制御整流回路のサイリスタにトリガ信号を供給し、直流出力端子間の電圧が調整値を超えたときにサイリスタへのトリガ信号の供給を停止するようにサイリスタへのトリガ信号の供給を制御するサイリスタ制御回路を設けて、バッテリに印加される電圧を調整値付近の値に保つ制御を行っている。

この種の電源装置では、発電機の運転中にバッテリが外されると、負荷にコンデンサが含まれている場合に、以下に示すような問題が生じる。即ち、発電機が運転されている状態でバッテリが外されると、負荷に含まれているコンデンサが発電機の整流出力により充電され、コンデンサに充電電流が流れている間制御整流回路のサイリスタが導通状態に保持されるため、負荷のコンデンサは発電機の出力電圧のピークまで充電される。負荷のコンデンサが発電機の出力電圧のピークまで充電されると、充電電流が零になるため、制御整流回路のサイリスタが遮断状態になる。サイリスタが遮断状態にある間は、負荷のコンデンサに電圧が印加されないため、コンデンサに蓄積された電荷が徐々に放電していき、その両端の電圧が低下していく。負荷のコンデンサの両端の電圧が調整値以下になると制御整流回路のサイリスタにトリガ信号が供給されるため、負荷のコンデンサは発電機の出力により再び充電され、その両端の電圧が発電機の出力電圧のピークに向けて上昇していく。バッテリが外されると、発電機が運転されている間上記の動作が繰り返されるため、制御整流回路の直流出力端子間には、発電機の出力電圧のピークに達する高い電圧が繰り返し現れる。この電圧は負荷及びサイリスタ制御回路に印加されるため、負荷及びサイリスタ制御回路に過電圧が印加され、これらを構成する部品が破損するおそれがある。

そこで、特許文献１に示された直流電源装置では、直流出力端子間の電圧が調整値よりも高く設定された設定電圧を超えたときに一定の保護時間の間サイリスタへのトリガ信号の供給を阻止する保護回路を設けている。このような保護回路を設けておくと、保護時間を十分に長く設定しておくことにより、負荷のコンデンサの両端の電圧が、サイリスタ制御回路を動作させるために必要な最低電圧よりも低くなるまでの間サイリスタにトリガ信号が与えられるのを阻止することができるため、サイリスタの再トリガを阻止して、直流出力端子間に過電圧が発生するのを防ぐことができる。

特開平８−１４９７１３号公報

負荷にコンデンサが含まれている場合に、バッテリが外された際に負荷内のコンデンサが充電されることにより生じる問題は、特許文献１の発明により解決することができる。しかしながら、特許文献１に記載された保護回路によった場合、負荷がインダクタンスを含む場合に以下に示すような問題が生じることが明らかになった。

即ち、制御整流回路の直流出力端子間に接続されている負荷にインダクタンス成分が含まれていると、バッテリが外されたときに、それまでバッテリから負荷に流れていた電流を流し続けようとする極性の電圧が負荷のインダクタンスに誘起し、この誘起電圧が、バッテリが外された際にオン状態にある制御整流回路のサイリスタに順方向に印加されるため、負荷から当該サイリスタと当該サイリスタに直列に接続されているダイオードとに電流が流れる。このときサイリスタを流れる電流は印加電圧に対して遅れ位相を有するため、サイリスタを流れている電流が保持電流以下になるのが遅れ、このサイリスタのターンオフが遅れる。そのため、このサイリスタがオフ状態になる前に発電機から当該サイリスタに順方向電圧を印加する極性の半波の出力が制御整流回路に入力されることがある。このような状態が生じると、保護回路の働きにより制御整流回路のサイリスタへのトリガ信号の供給が停止していても、当該サイリスタがオン状態を継続する。このような動作が繰り返されると、発電機の運転が継続している間、バッテリが切離された際に負荷のインダクタンスに誘起した電圧によりオン状態を保持した制御整流回路のサイリスタがオフ状態になることができなくなり、このサイリスタと、このサイリスタに直列に接続されているダイオードとが整流機能を維持することになる。そのため、特許文献１に示された従来の直流電源装置によった場合には、図３に示したように、制御整流回路からバッテリに調整された電圧Ｖoが印加されてバッテリの充電が行われている状態で、時刻ｔ1でバッテリが外れると、制御整流回路の直流出力端子間に発電機の半波の出力電圧Ｖｐが繰り返し現れる現象が生じることがある。このような状態を放置すると、定格電圧Ｖoで動作する負荷に過大な電圧Ｖｐが繰り返し印加されるため、負荷が破損するおそれがある。

上記の説明では、制御整流回路の直流出力端子間にバッテリと負荷とが並列に接続される場合を例にとったが、バッテリに限らず、制御整流回路の直流出力端子間にバッテリやキャパシタ等の蓄電素子と負荷とが並列に接続されて発電機が運転されている状態で蓄電素子が外された場合に、上記と同様の問題が生じる。

本発明の目的は、磁石式交流発電機の出力を整流する制御整流回路を備えて、該制御整流回路の直流出力端子間に蓄電素子と負荷とが並列に接続される直流電源装置において、負荷にコンデンサが含まれている場合及び負荷にインダクタンスが含まれている場合のいずれの場合にも、バッテリ外れ時に直流出力端子間に過電圧が継続的に現れるのを防ぐことにある。

本発明は、ダイオードとサイリスタとの混合ブリッジ回路からなっていて交流発電機の出力が印加される入力端子と直流電圧を出力する正負の直流出力端子とを有して正の直流出力端子と負の直流出力端子との間に蓄電素子と負荷とが並列に接続される制御整流回路と、直流出力端子間の電圧が設定された調整値以下のときに直流出力端子側から制御整流回路のサイリスタにトリガ信号を供給し、直流出力端子間の電圧が調整値を超えたときにサイリスタへのトリガ信号の供給を停止するようにサイリスタへのトリガ信号の供給を制御するサイリスタ制御回路とを備えた直流電源装置を対象とする。

本発明においては、直流出力端子間の電圧が調整値よりも高く設定された過電圧設定値を超えたときに過電圧検出動作を行って一定の保護時間の間過電圧検出信号を発生した状態を保持する過電圧検出回路と、過電圧検出回路が過電圧検出信号を発生していないときにはサイリスタへのトリガ信号の供給を許容し、過電圧検出回路が過電圧検出信号を発生しているときにサイリスタへのトリガ信号の供給を阻止する過電圧発生時トリガ制御回路と、過電圧検出回路が過電圧検出信号を発生している状態で負の直流出力端子の電位を正の直流出力端子の電位よりも高くする極性の電圧が直流出力端子間に印加されたときに負の直流出力端子側から正の直流出力端子側にパイパス電流を流すバイパス電流通電回路とを設けた。

上記のように構成すると、コンデンサを含む負荷が接続されて発電機が運転されている状態で蓄電素子が外されたときに、負荷に設けられているコンデンサが充電されてその両端の電圧が上昇していく過程で過電圧設定値を超えた時点で過電圧検出回路が過電圧検出動作を行って一定の保護時間の間過電圧検出信号を発生した状態を保持し、この過電圧検出信号が発生している間過電圧発生時トリガ制御回路がサイリスタへのトリガ信号の供給を停止させる。従って、過電圧検出回路が過電圧検出信号を発生した状態を保持する保護時間を十分に長く設定しておくことにより、負荷に設けられているコンデンサが放電して、直流出力端子間の電圧がサイリスタにトリガ信号を与えるために必要な値よりも低くなるまでの間、サイリスタの再トリガを阻止することができ、負荷に設けられているコンデンサが再充電されて負荷の両端の電圧が上昇するのを防ぐことができる。

また、上記のように構成すると、直流出力端子間に誘導負荷が接続されている状態で発電機の運転中に蓄電素子が外されて、直流出力端子間の電圧が過電圧設定値を超えたときにも、過電圧検出回路から一定の保護時間の間過電圧検出信号を発生させて、過電圧発生時トリガ制御回路によりサイリスタへのトリガ信号の供給を停止させることができる。またこのとき、負の直流出力端子側から正の直流出力端子側にバイパス電流を流すバイパス電流通電回路を構成して負荷のインダクタンスに誘起する電圧を短絡するようにしたので、発電機が運転されている状態で蓄電素子が外されたときに、負荷のインダクタンスに誘起する電圧により、蓄電素子が外された際にオン状態にあった制御整流回路のサイリスタに電流が流れて、当該サイリスタのターンオフが遅れるのを防ぐことができる。従って、誘導負荷が接続されている状態で発電機の運転中に蓄電素子が外されたときに、制御整流回路のサイリスタへのトリガ信号の供給が停止した後も、蓄電素子が外された際にオン状態にあった制御整流回路のサイリスタがそのオン状態を維持して、直流出力端子間に発電機の出力電圧の半波が繰り返し現れる現象が生じるのを防ぐことができ、負荷に過電圧が繰り返し印加される状態が生じるのを防ぐことができる。

本発明においてはまた、上記サイリスタ制御回路が、蓄電素子側から駆動信号が与えられることによりオン状態になって正の直流出力端子側からサイリスタにトリガ信号を供給するように設けられたトリガ信号供給用スイッチと、直流出力端子間の電圧が調整値以下のときにはトリガ信号供給用スイッチがオン状態になるのを許容し直流出力端子間の電圧が調整値以上になったときにトリガ信号供給用スイッチをオフ状態にするようにトリガ信号供給用スイッチを制御するトリガ信号供給用スイッチ制御回路とを備えている。

また過電圧検出回路は、電流制限素子と定電圧ダイオードとの直列回路と直流出力端子間の電圧が電流制限素子と定電圧ダイオードとの直列回路を通して印加される過電圧検出用コンデンサとを有して、直流出力端子間の電圧が過電圧設定値を超えたときに定電圧ダイオードがオン状態になることにより過電圧検出用コンデンサを充電して該コンデンサの両端に過電圧検出信号として用いられる電圧を発生するように構成される。

また過電圧発生時トリガ制御回路は、オフ状態にあるときにトリガ信号供給用スイッチがオン状態になるのを許容し、オン状態になったときにトリガ信号供給用スイッチをオフ状態にするように設けられたオンオフ制御用スイッチと、過電圧検出用コンデンサを一定の時定数で放電させて該過電圧検出用コンデンサの放電電流によりオンオフ制御用スイッチに一定の保護時間の間駆動信号を与えて該オンオフ制御用スイッチをオン状態にするオンオフ制御用スイッチ制御回路とを備えた構成とする。

更にバイパス電流通電回路は、直流出力端子間に接続されて負の直流出力端子の電位が正の直流出力端子の電位よりも高くなる極性の電圧が直流出力端子間に印加された状態でトリガ信号が与えられたときにオン状態になるバイパス用スイッチと、過電圧検出用コンデンサの両端の電圧でパイパス用スイッチにトリガ信号を供給するパイパス用スイッチトリガ回路とを備えた構成とする。

上記蓄電素子はバッテリであってもよく、キャパシタであってもよい。

上記のように、本発明によれば、発電機の運転中に直流出力端子間に接続された蓄電素子が外されて、直流出力端子間に調整値を超える過電圧が現れたときに、制御整流回路のサイリスタへのトリガ信号の供給を停止するとともに、蓄電素子が外された際に負荷に含まれるインダクタンスに電圧が誘起したときに負荷に対して並列にバイパス通電回路を構成して、負荷のインダクタンスに誘起した電圧を短絡するようにしたので、負荷のインダクタンスに誘起した電圧で、蓄電素子が外された際にオン状態にあった制御整流回路のサイリスタに電流が流れ込んで、当該サイリスタのターンオフが遅れるのを防ぐことができる。従って、誘導負荷が接続されている状態で発電機の運転中に蓄電素子が外されたときに、オン状態にあった制御整流回路のサイリスタがそのオン状態を維持して、直流出力端子間に発電機の出力電圧の半波が繰り返し現れる現象が生じるのを防ぐことができ、負荷に過電圧が繰り返し印加されて負荷が破損するおそれをなくすことができる。

また直流出力端子間にコンデンサを含む負荷と蓄電素子とを並列に接続している状態で、発電機の運転中に蓄電素子が外されたときには、特許文献１に示された従来の直流電源装置と同様に、一定の保護時間の間制御整流回路のサイリスタへのトリガ信号の供給を停止することができるため、負荷の両端に発電機の出力電圧のピーク値に相当する電圧値を有する過電圧が繰り返し印加される現象が生じるのを防ぐことができる。

本発明の一実施形態の構成を示した回路図である。 本発明の他の実施形態の構成を示した回路図である。 従来の直流電源装置において、直流出力端子間にインダクタンスを含む負荷 が接続されている状態で発電機の運転中にバッテリが外されたときに直流出力端子間 に現れる電圧の波形を示した波形図である。 本発明に係わる直流電源装置において、直流出力端子間にインダクタンスを 含む負荷が接続されている状態で発電機の運転中にバッテリが外されたときに直流出 力端子間に現れる電圧の波形を示した波形図である。

以下、図面を参照して本発明の好ましい実施形態を詳細に説明する。
図１は、本発明の第１の実施形態を示したもので、同図において、１は内燃機関により駆動される磁石式交流発電機、２はサイリスタＴh1，Ｔh2とダイオードＤ1，Ｄ2との混合ブリッジ回路からなっていて、入力端子２ａ、２ｂ間に発電機１の交流出力が入力され、正負の直流出力端子２ｃ，２ｄ間にバッテリ３と負荷４とが並列に接続された制御整流回路である。

また５は制御整流回路の直流出力端子２ｃ，２ｄ間の電圧が設定された調整値以下のときに直流出力端子２ｃ，２ｄ側から制御整流回路２のサイリスタＴh1，Ｔh2にトリガ信号を供給し、直流出力端子２ｃ，２ｄ間の電圧が調整値を超えたときに制御整流回路２のサイリスタＴh1，Ｔh2へのトリガ信号の供給を停止するようにサイリスタＴh1，Ｔh2を制御して直流出力端子２ｃ，２ｄ間の電圧を調整電圧付近に制御するサイリスタ制御回路である。また６は発電機１の運転中にバッテリ３が切離されたときに直流出力端子２ｃ，２ｄ間に過電圧が繰り返し現れるのを防ぐ保護回路であり、制御整流回路２と、サイリスタ制御回路５と、保護回路６とにより、本発明に係わる直流電源装置７が構成されている。図示の例では、バッテリ３の正極端子がスイッチ８を通して制御整流回路２の正の直流出力端子２ｃに接続され、バッテリ３の負極端子が負の直流出力端子２ｄに直接接続されている。負荷４は、正負の直流出力端子２ｃ，２ｄ間に直接接続されている。

制御整流回路２は、アノードが共通に接続されたサイリスタＴh1及びＴh2によりブリッジの下辺を構成し、アノードがサイリスタＴh1及びＴh2のカソードにそれぞれ接続され、カソードが共通接続されたダイオードＤ1及びＤ2によりブリッジの上辺を構成した、サイリスタとダイオードとの混合ブリッジ回路からなっている。この制御整流回路においては、サイリスタＴh1及びＴh2のカソードとダイオードＤ1及びＤ2のアノードとの接続点からそれぞれ入力端子２ａ及び２ｂが引き出され、ダイオードＤ1及びＤ2のカソードの共通接続点及びサイリスタＴh1及びＴh2のアノードの共通接続点からそれぞれ正の直流出力端子２ｃ及び負の直流出力端子２ｄが引き出されている。

サイリスタ制御回路５は、制御整流回路２の正の直流出力端子２ｃに接続された制御入力端子５ａを有し、制御入力端子５ａにＰＮＰトランジスタＴＲ1及びＴＲ2のエミッタが共通接続されている。トランジスタＴＲ1のベースはトランジスタＴＲ２のコレクタに接続され、コレクタは、サイリスタＴh1及びＴh2のゲートにそれぞれカソードが接続されたダイオードＤ3及びＤ4のアノードに抵抗Ｒ1を通して接続されている。トランジスタＴＲ1のベースはまたカソードが負の直流出力端子２ｄに接続されたダイオードＤ5のアノードに抵抗Ｒ2を通して接続され、トランジスタＴＲ2のベースは、アノードが抵抗Ｒ3を通してダイオードＤ5のアノードに接続された定電圧ダイオードＺＤ1のカソードに接続されている。トランジスタＴＲ1及びＴＲ2と、ダイオードＤ3ないしＤ5と、定電圧ダイオードＺＤ1と、抵抗Ｒ1ないしＲ3とにより、サイリスタ制御回路５が構成されている。

本実施形態では、トランジスタＴＲ1と抵抗Ｒ1及びＲ2とにより、バッテリ３側から駆動信号が与えられることによりオン状態になって正の直流出力端子２ｃ側からサイリスタ
Ｔh1及びＴh2にトリガ信号を供給するトリガ信号供給用スイッチ５Ａが構成されている。また、トランジスタＴＲ2と、定電圧ダイオードＺＤ1と、抵抗Ｒ3とにより、直流出力端子２ｃ，２ｄ間の電圧が設定された調整値以下のときにトリガ信号供給用スイッチ（トランジスタＴＲ1）がオン状態になるのを許容し、直流出力端子間の電圧が調整値以上になったときにトリガ信号供給用スイッチをオフ状態にするようにトリガ信号供給用スイッチを制御するトリガ信号供給用スイッチ制御回路５Ｂが構成され、トリガ信号供給用スイッチ５Ａと、トリガ信号供給用スイッチ制御回路５Ｂとにより、サイリスタ制御回路５が構成されている。

保護回路６は、ＰＮＰトランジスタＴＲ3と、ＮＰＮトランジスタＴＲ4及びＴＲ5と、抵抗Ｒ4ないしＲ8と、定電圧ダイオードＺＤ2と、ダイオードＤ6と、過電圧検出用コンデンサＣ1と、サイリスタＴh3とにより構成されている。トランジスタＴＲ3のエミッタは、トランジスタＴＲ1のエミッタに接続され、コレクタはトランジスタＴＲ１のベースに接続されている。トランジスタＴＲ3のベースは抵抗4を通してトランジスタＴＲ4のコレクタに接続され、トランジスタＴＲ4のエミッタはダイオードＤ5のアノードに接続されている。

トランジスタＴＲ4のベースは抵抗Ｒ5を通して過電圧検出用コンデンサＣ1の一端に接続され、コンデンサＣ1の他端は、ダイオードＤ5のアノードに接続されている。コンデンサＣ1の一端にはまた定電圧ダイオードＺＤ2のアノードが接続され、定電圧ダイオードＺＤ2のカソードは抵抗Ｒ6を通して正の直流出力端子２ｃに接続されている。

サイリスタＴh3は、そのカソード及びアノードをそれぞれ直流出力端子２ｃ及び２ｄに接続することにより負荷４に対して並列に接続され、サイリスタＴh3のカソードに抵抗Ｒ7を通してトランジスタＴＲ5のコレクタが接続されている。トランジスタＴＲ5のエミッタはダイオードＤ5のアノードに接続され、ベースは抵抗Ｒ8と、アノードを抵抗Ｒ8側に向けたダイオードＤ6とを通してサイリスタＴh3のゲートに接続されている。また抵抗Ｒ8とダイオードＤ6のアノードとの接続点が、コンデンサＣ1の一端と定電圧ダイオードＺＤ2のアノードとの接続点に接続されている。

本実施形態では、電流制限素子としての抵抗Ｒ6と定電圧ダイオードＺＤ2との直列回路と、直流出力端子２ｃ，２ｄ間の電圧が抵抗Ｒ6と定電圧ダイオードＺＤ2との直列回路を通して印加される過電圧検出用コンデンサＣ1とにより、直流出力端子２ｃ，２ｄ間の電圧が前記調整値よりも高く設定された過電圧設定値を超えたときに定電圧ダイオードＺＤ2がオン状態になることにより過電圧検出用コンデンサＣ1を充電する過電圧検出動作を行って、該コンデンサＣ1の両端に過電圧検出信号として用いられる電圧を発生する過電圧検出回路６Ａが構成されている。

また、トランジスタＴＲ3により、オフ状態にあるときにトリガ信号供給用スイッチ５Ａがオン状態になるのを許容し、オン状態になったときにトリガ信号供給用スイッチ５Ａをオフ状態にするように設けられたオンオフ制御用スイッチ６Ｂが構成されている。更に、トランジスタＴＲ4と、抵抗Ｒ4及びＲ5とにより、過電圧検出用コンデンサＣ1の電荷を一定の時定数で放電させて、該コンデンサＣ1の放電電流によりオンオフ制御用スイッチ６Ｂに一定の保護時間の間駆動信号を与えて該オンオフ制御用スイッチ６Ｂをオン状態にするオンオフ制御用スイッチ制御回路６Ｃが構成され、オンオフ制御用スイッチ６Ｂと、オンオフ制御用スイッチ制御回路６Ｃとにより、過電圧発生時トリガ制御回路６Ｄが構成されている。

またサイリスタＴh3により、直流出力端子２ｃ，２ｄ間に接続されて負の直流出力端子２ｄの電位が正の直流出力端子２ｃの電位よりも高くなる極性の電圧が直流出力端子２ｃ，２ｄ間に印加された状態でトリガ信号が与えられたときにオン状態になるバイパス用スイッチ６Ｅが構成され、トランジスタＴＲ5と、ダイオードＤ6と、抵抗Ｒ7及びＲ8とにより、過電圧検出用コンデンサＣ1を一定の時定数で放電させて、該コンデンサの放電電流によりパイパス用スイッチ６Ｅにトリガ信号を供給するパイパス用スイッチトリガ回路６Ｆが構成され、バイパス用スイッチ６Ｅと、パイパス用スイッチトリガ回路６Ｆとにより、過電圧検出回路６Ａが過電圧検出信号を発生している状態（コンデンサＣ1の両端の電圧が一定レベル以上になっている状態）で負の直流出力端子２ｄの電位を正の直流出力端子２ｃの電位よりも高くする極性の誘起電圧が負荷４から直流出力端子２ｃ，２ｄ間に印加されたときに負の直流出力端子２ｄ側から正の直流出力端子２ｃ側にパイパス電流を流して負荷４に誘起した電圧を短絡するバイパス電流通電回路６Ｇが構成されている。

本実施形態においては、直流出力端子２ｃ，２ｄ間の電圧が調整値以上になったときに定電圧ダイオードＺＤ1がオン状態になるように、定電圧ダイオードＺＤ1のツェナー電圧と、抵抗Ｒ3の抵抗値とが選定されている。バッテリ３の定格電圧が１２Ｖである場合、上記調整値は例えば１４Ｖに設定される。また直流出力端子２ｃ，２ｄ間の電圧が上記調整値よりも高く設定された過電圧設定値以上になったときに定電圧ダイオードＺＤ2がオン状態になるように、定電圧ダイオードＺＤ2のツェナー電圧と抵抗ｒ6の抵抗値とが選定されている。過電圧設定値は負荷４の耐電圧値以下に設定する。

上記過電圧検出回路６Ａと、オンオフ制御用スイッチ６Ｂ及びオンオフ制御用スイッチ制御回路６Ｃからなる過電圧発生時トリガ制御回路６Ｄと、バイパス用スイッチ６Ｅ及びパイパス用スイッチトリガ回路６Ｆからなるバイパス電流通電回路６Ｇとにより、保護回路６が構成されている。

図１に示した実施形態において、スイッチ８が閉じられてバッテリ３が直流出力端子２ｃ，２ｄ間に接続されると、バッテリ３からトランジスタＴＲ1のエミッタベース間と抵抗Ｒ2とダイオードＤ5とを通してトランジスタＴＲ1にベース電流が流れるため、トランジスタＴＲ1がオン状態になり、バッテリ３からトランジスタＴＲ1のエミッタコレクタ間と抵抗Ｒ1とダイオードＤ3及びＤ4とを通してサイリスタＴh1及びＴh2にトリガ信号が与えられる。この状態で発電機１が運転されると、サイリスタＴh1及びＴh2の内、発電機１の出力端子から順方向電圧が印加されている方のサイリスタがオン状態になり、発電機１の整流出力が負荷４及びバッテリ３に印加される。これによりバッテリ３が充電されるとともに負荷が駆動される。

バッテリ３の充電が進み、バッテリ３の端子電圧（直流出力端子２ｃ，２ｄ間の電圧）が設定された調整値を超えると、定電圧ダイオードＺＤ1がオン状態になるため、トランジスタＴＲ2がオン状態になり、トリガ信号供給用スイッチを構成するトランジスタＴＲ1がオフ状態になる。これによりサイリスタＴh1及びＴh2へのトリガ信号の供給が停止され、サイリスタＴh1及びＴh2は、それぞれを流れている電流が保持電流未満になったときにオフ状態になる。これにより直流出力端子２c，２d間の電圧が調整値未満になると、定電圧ダイオードＺＤ1がオフ状態になってトランジスタＴＲ2がオフ状態になるため、トランジスタＴＲ1がオン状態になり、サイリスタＴh1及びＴh2へのトリガ信号の供給が再開される。これにより、発電機１の出力が制御整流回路２により整流されてバッテリ３及び負荷４に供給され、バッテリ３の端子電圧が上昇していく。これらの動作が繰り返されることにより、直流出力端子間の電圧Ｖoが図４の左端に示すように調整値付近の値に保たれる。

ここで負荷４がコンデンサを有しているものとし、発電機１の運転中にスイッチ８が開かれてバッテリ３が切り離されたとする。このとき制御整流回路２の出力により負荷４内のコンデンサが充電されるため、負荷４の両端の電圧が上昇していく。負荷４の両端の電圧が上昇していく過程で当該電圧が前記調整値よりも高く設定された過電圧設定値を超えると、定電圧ダイオードＺＤ2がオン状態になって過電圧検出用コンデンサＣ1が充電される（過電圧検出動作が行われる）。このコンデンサＣ1の電荷が抵抗Ｒ5とトランジスタＴＲ4のベースエミッタ間を通して放電することにより流れるトランジスタＴＲ4のベース電流が、トランジスタＴＲ4をオン状態にするために必要な大きさを有している一定の保護時間の間トランジスタＴＲ4がオン状態を保持する。トランジスタＴＲ4がオン状態にある間、トランジスタＴＲ3にベース電流が流れるため、トランジスタＴＲ3がオン状態を保持し、トランジスタＴＲ1をオフ状態に保持する。これにより、サイリスタＴh1及びＴh2へのトリガ信号の供給が停止される。

負荷４の両端に印加される電圧がピークに達すると、負荷４内のコンデンサの充電が終了するため、それまでサイリスタＴh1またはＴh2を流れていた電流が零になり、サイリスタＴh1及びＴh2がオフ状態になる。これにより、制御整流回路２が出力を停止するため、負荷４内のコンデンサは所定の時定数で放電していき、直流出力端子２ｃ，２ｄ間の電圧が低下していく。本実施形態では、負荷４内のコンデンサの放電が進み、負荷４の両端の電圧が、サイリスタＴh1及びＴh2にトリガ信号を供給するために必要な電圧値（トランジスタＴＲ1をオン状態にするために必要なベース電流を該トランジスタに流すために必要な電圧値）よりも低い値になるまでの間トランジスタＴＲ3をオン状態に保持するように過電圧検出用コンデンサＣ1の放電時定数を設定しておく。このように過電圧検出用コンデンサＣ1の放電時定数を設定しておくと、バッテリ３が外されている状態では、サイリスタＴh1及びＴh2にトリガ信号が供給されず、制御整流回路２は整流動作を行わないため、負荷４に印加される電圧はやがて零になる。

特許文献１に示された従来の直流電源装置は、図１に示した実施形態において、バイパス用スイッチ６Ｅ及びパイパス用スイッチトリガ回路６Ｆからなるバイパス電流通電回路６Ｇを省略したものに相当する。

図１において、バイパス電流通電回路６Ｇが設けられていないとした場合には、前述のように、インダクタンスを含む負荷４が接続された状態で発電機１の運転中にバッテリ３が外されたときに、負荷の両端に発電機１の半波の出力電圧が繰り返し印加される現象が生じる。

ここで、負荷４がインダクタンスを含む誘導負荷であるとし、バイパス電流通電回路６Ｇが設けられていない状態で、発電機１の運転中にスイッチ８が開かれて、バッテリ３が直流出力端子２ｃ，２ｄから外されたとする。このとき負荷４内のインダクタンスには、それまでバッテリ３から負荷４に流れていた電流を流し続けようとする極性の電圧（負の直流出力端子２ｄ側がプラスで、正の直流出力端子２ｃ側がマイナスの極性の電圧）が誘起する。この誘起電圧が過電圧設定値を超えると、前記の動作によりサイリスタＴh1及びＴh2へのトリガ信号の供給が停止するが、負荷４の誘起電圧が制御整流回路２に印加されると、バッテリ３が外された際にオン状態にあったサイリスタＴh1またはＴh2と該サイリスタに直列に接続されているダイオードＤ1またはＤ2とを通して電流が流れ、当該サイリスタのターンオフが遅れて、当該サイリスタがオフ状態になることができなくなることがある。

例えば、バッテリ３が外されたときに発電機１が図示の実線矢印方向の正の半波の出力を発生しており、制御整流回路のサイリスタＴh2がオン状態にあったとする。このとき負荷４内のインダクタンスに誘起した電圧（負の直流出力端子２ｄ側がプラスの電圧）が制御整流回路２に印加されると、負荷４−サイリスタＴh2−ダイオードＤ2-負荷４の回路を通して電流が流れる。この電流は電圧に対して遅れ位相であるため、発電機１が図示の破線矢印方向の負の半波の出力を発生して、サイリスタＴh2のアノードカソード間に逆方向電圧が印加される状態になっても流れ続ける。そのため、サイリスタＴｈ2を流れる電流が保持電流未満に減衰するのが遅れ、サイリスタＴh2がターンオフすることができなくなる。この状態で発電機１が再び正の半波の電圧を発生すると、発電機１−ダイオードＤ1−出力端子２ｃ−負荷４-出力端子２ｄ-サイリスタＴh1-発電機１の経路で電流が流れる。これらの動作が繰り返されるため、バイパス電流通電回路６Ｇが設けられていない従来の直流電源装置によった場合には、図３に示すように、時刻ｔ1でバッテリが外された後、直流出力端子間には、発電機１の一方の半波の出力電圧Ｖpが繰り返し現れる。

これに対し、上記実施形態のように、バイパス電流通電回路６Ｇが設けられていると、バッテリ３が外され、負荷４のインダクタンスに電圧が誘起し、直流出力端子間の電圧が過電圧設定値を超えて過電圧検出用コンデンサＣ1が充電されたときに、コンデンサＣ1−ダイオードＤ6−サイリスタＴh3のゲート、カソード−抵抗Ｒ7−トランジスタＴＲ5のコレクタ、エミッタ−コンデンサＣ1の経路でコンデンサＣ1の放電電流が流れ、サイリスタＴh3がオン状態になる。従って、バッテリ３が外されたときに負荷４内のインダクタンスに誘起した電圧で流れる電流はすべてサイリスタＴh3により構成されるバイパス通電回路を通して流れ、負荷４に有した電圧はサイリスタＴh3を通して短絡された状態になる。そのため、バッテリ３が外されたときに、負荷４からオン状態にあるサイリスタＴh1またはＴh2に電流が流れ込むことはなく、当該サイリスタＴh1またはＴh2のターンオフが遅れることがない。従って、バッテリ３が外されたときにオン状態にあった制御整流回路のサイリスタＴh1またはＴh2がオン状態を継続するのを防ぐことができ、直流出力端子２ｃ，２ｄ間に発電機の半波の出力電圧が繰り返し現れる現象が生じるのを防ぐことができる。

従って、本発明によった場合には、図４に示すように、インダクタンスを含む負荷４が接続されている状態で、バッテリ３が外されたときに、直流出力端子２ｃ，２ｄ間に発電機１の半波の出力電圧Ｖpが一度現れるが、制御整流回路のサイリスタＴh1及びＴh2は、それぞれへのトリガ信号の供給が停止した後速やかにターンオフするため、サイリスタＴh1及びＴh2へのトリガ信号の供給が停止している限り、直流出力端子２ｃ，２ｄ間に電圧が現れることはない。

過電圧検出用コンデンサＣ1の電荷の放電が進み、トランジスタＴＲ4をオン状態にすることができなくなると、トランジスタＴＲ4がオフ状態になるため、トランジスタＴＲ3がオフ状態になり、トランジスタＴＲ1がオン状態になるのを許容するが、バッテリ３が外され、サイリスタＴh1及びＴh2へのトリガ信号の供給が停止していて、サイリスタＴh1及びＴh2がオフ状態にあるときには、トランジスタＴＲ1にベース電流が流れないため、トランジスタＴＲ1がオン状態になってサイリスタＴh1及びＴh2にトリガ信号が与えられることはない。従って、直流出力端子２ｃ，２ｄ間にバッテリ３が接続されない限り、サイリスタＴh1及びＴh2にトリガ信号が与えられることはないため、発電機１の整流出力が負荷４に与えられることはない。

図２は、本発明の第２の実施形態を示したものである。この実施形態では、図１に示した実施形態の回路からトランジスタＴＲ３を省略し、トランジスタＴＲ4のコレクタを抵抗Ｒ4を通してトランジスタＴＲ2のベースに接続している。図２の実施形態では、定電圧ダイオードＺＤ1及び抵抗Ｒ3と共にトリガ信号供給用スイッチ制御回路５Ｂを構成するトランジスタＴＲ2が、過電圧発生時トリガ制御回路のオンオフ制御用スイッチ６Ｂを兼ねており、過電圧検出用コンデンサＣ1が充電されて、トランジスタＴＲ4がオン状態になったときにトランジスタＴＲ2をオン状態にすることにより、トリガ信号供給用スイッチを構成するトランジスタＴＲ1をオフ状態にして、サイリスタＴh1及びＴh2へのトリガ信号の供給を停止する。その他の動作は図１に示した実施形態と同様である。

上記のように、本発明によれば、発電機１の運転中に直流出力端子２ｃ，２ｄ間に接続されたバッテリ３が外されて、直流出力端子間に調整値を超える過電圧が現れたときに、制御整流回路２のサイリスタＴh1，Ｔh2へのトリガ信号の供給を停止するとともに、バッテリ３が外された際に負荷４に含まれるインダクタンスに電圧が誘起したときに負荷に対して並列にバイパス通電回路６Ｅを構成して、負荷４を短絡するようにしたので、負荷のインダクタンスに誘起した電圧で制御整流回路２のサイリスタＴh1，Ｔh2に電流が流れ込むのを防ぐことができ、制御整流回路のサイリスタのターンオフが遅れるのを防ぐことができる。従って、インダクタンスを含み負荷４が接続されている状態で発電機１の運転中にバッテリ３が外されたときに、制御整流回路２のサイリスタＴh1またはＴh2がオン状態を維持して、直流出力端子間に発電機の出力電圧の半波が繰り返し現れる現象が生じるのを防ぐことができ、負荷に過電圧が繰り返し印加されて負荷が破損するおそれをなくすことができる。

上記の各実施形態では、直流出力端子２ｃ，２ｄ間にバッテリ３と負荷４とを並列に接続したが、本発明は、交流発電機の出力を整流する制御整流器の直流出力端子２ｃ，２ｄ間に電気エネルギを蓄積する機能を有する素子である蓄電素子と負荷とを並列接続する場合に適用することができ、バッテリ３に代えてキャパシタを接続する場合にも本発明を適用することができる。

上記の実施形態では、制御整流回路２において、ブリッジの下辺にサイリスタＴh1及びＴh2を設け、ブリッジの上辺にダイオードＤ1及びＤ2を設けたが、ブリッジの上辺にサイリスタＴh1及びＴh2を設け、ブリッジの下辺にダイオードＤ1及びＤ2を設けてもよい。

また上記の実施形態では、発電機１が単相交流発電機であるが、３相交流発電機が用いられる場合にも本発明を適用することができる。

Claims (3)

1. ダイオードとサイリスタとの混合ブリッジ回路からなっていて交流発電機の出力が印加される入力端子と直流電圧を出力する正負の直流出力端子とを有して前記正の直流出力端子と負の直流出力端子との間に蓄電素子と負荷とが並列に接続される制御整流回路と、前記直流出力端子間の電圧が設定された調整値以下のときに前記直流出力端子側から前記制御整流回路のサイリスタにトリガ信号を供給し、前記直流出力端子間の電圧が前記調整値を超えたときに前記サイリスタへのトリガ信号の供給を停止するように前記サイリスタへのトリガ信号の供給を制御するサイリスタ制御回路とを備えた直流電源装置において、
   前記直流出力端子間の電圧が前記調整値よりも高く設定された過電圧設定値を超えたときに過電圧検出動作を行って一定の保護時間の間過電圧検出信号を発生した状態を保持する過電圧検出回路と、
   前記過電圧検出回路が過電圧検出信号を発生していないときには前記サイリスタへのトリガ信号の供給を許容し、前記過電圧検出回路が過電圧検出信号を発生しているときに前記サイリスタへのトリガ信号の供給を阻止する過電圧発生時トリガ制御回路と、
   前記過電圧検出回路が過電圧検出信号を発生している状態で前記負の直流出力端子の電位を正の直流出力端子の電位よりも高くする極性の電圧が前記直流出力端子間に印加されたときに前記負の直流出力端子側から正の直流出力端子側にパイパス電流を流すバイパス電流通電回路と、
   を具備し、
   前記サイリスタ制御回路は、前記蓄電素子側から駆動信号が与えられることによりオン状態になって前記正の直流出力端子側から前記サイリスタにトリガ信号を供給するように設けられたトリガ信号供給用スイッチと、前記直流出力端子間の電圧が前記調整値以下のときには前記トリガ信号供給用スイッチがオン状態になるのを許容し前記直流出力端子間の電圧が前記調整値以上になったときに前記トリガ信号供給用スイッチをオフ状態にするように前記トリガ信号供給用スイッチを制御するトリガ信号供給用スイッチ制御回路とを備え、
   前記過電圧検出回路は、電流制限素子と定電圧ダイオードとの直列回路と前記直流出力端子間の電圧が前記電流制限素子と定電圧ダイオードとの直列回路を通して印加される過電圧検出用コンデンサとを有して、前記直流出力端子間の電圧が前記過電圧設定値を超えたときに前記定電圧ダイオードがオン状態になることにより前記過電圧検出用コンデンサを充電して該コンデンサの両端に前記過電圧検出信号として用いられる電圧を発生するように構成され、
   前記過電圧発生時トリガ制御回路は、オフ状態にあるときに前記トリガ信号供給用スイッチがオン状態になるのを許容し、オン状態になったときに前記トリガ信号供給用スイッチをオフ状態にするように設けられたオンオフ制御用スイッチと、前記過電圧検出用コンデンサを一定の時定数で放電させて該過電圧検出用コンデンサの放電電流により前記オンオフ制御用スイッチに一定の保護時間の間駆動信号を与えて該オンオフ制御用スイッチをオン状態にするオンオフ制御用スイッチ制御回路とを備え、
   前記バイパス電流通電回路は、前記直流出力端子間に接続されて前記負の直流出力端子の電位が正の直流出力端子の電位よりも高くなる極性の電圧が前記直流出力端子間に印加された状態でトリガ信号が与えられたときにオン状態になるバイパス用スイッチと、前記過電圧検出用コンデンサの両端の電圧で前記パイパス用スイッチにトリガ信号を供給するパイパス用スイッチトリガ回路とを備えていること、
   を特徴とする直流電源装置。
2. 前記蓄電素子はバッテリである請求項１に記載の直流電源装置。
3. 前記蓄電素子は、キャパシタである請求項１に記載の直流電源装置。

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