JP5549187B2 - DC power supply - Google Patents

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Description

本発明は、交流電源の交流電圧を直流電圧に変換する直流電源装置に関するものである。   The present invention relates to a DC power supply device that converts an AC voltage of an AC power supply into a DC voltage.

少なくとも交流電源の半周期に1回以上、スイッチング素子を用いて、交流電源をリアクタを介して短絡・開放することによって、交流電源からの交流電圧を直流電圧に変換する直流電源装置において、リアクタ巻線のレアショートなどによって、リアクタのインダ
クタンス値が極めて低い場合には、スイッチング素子を流れる電流ピーク値の増大や、リアクタを流れる電流リプルの増大によって発熱量が増加するため、十分に設計マージンを有したスイッチング素子を採用するか、何らかの手段で異常を検出してスイッチング素子やリアクタが異常過熱状態に至るのを防止する必要がある。
In a DC power supply device that converts an AC voltage from an AC power source into a DC voltage by short-circuiting / opening the AC power source through the reactor at least once in a half cycle of the AC power source, a reactor winding If the inductance value of the reactor is extremely low due to a short circuit of the wire, etc., the amount of heat generation increases due to an increase in the peak current value that flows through the switching element and an increase in the current ripple that flows through the reactor. It is necessary to prevent the switching element and the reactor from reaching an abnormal overheat state by adopting the switching element or by detecting an abnormality by some means.

従来、リアクタの短絡異常時における異常過熱を防止する方法として、図10に示すように、スイッチング手段106を駆動するPAM駆動信号を出力する信号出力部101と、スイッチング手段106を流れる電流を検出し、検出された電流の瞬時値が所定の基準値を上回ると過電流検出信号を出力する過電流検出部と、所定の期間(例えばT=3s)の間に過電流検出信号が所定の回数(例えばX=100回)を超える場合には、リアクタ2が短絡していると判定する短絡判定部104とを備えて、短絡判定部104によってリアクタ2が短絡状態にあるとの判定時には、入力電流を補正し、かつ入力電流値を制限することで、直流電源装置(コンバータ)に流れる入力電流の増加を抑制する電源回路の制御装置が知られている(例えば、特許文献1を参照)。   Conventionally, as a method for preventing abnormal overheating in the event of a short circuit in the reactor, as shown in FIG. 10, a signal output unit 101 that outputs a PAM drive signal for driving the switching means 106 and a current flowing through the switching means 106 are detected. When the instantaneous value of the detected current exceeds a predetermined reference value, the overcurrent detection unit outputs an overcurrent detection signal, and the overcurrent detection signal is output a predetermined number of times (for example, T = 3 s). (For example, X = 100 times), a short-circuit determination unit 104 that determines that the reactor 2 is short-circuited is provided. When the short-circuit determination unit 104 determines that the reactor 2 is in a short-circuit state, And a control device for a power supply circuit that suppresses an increase in input current flowing in a DC power supply device (converter) by correcting the input current value and limiting the input current value (for example, See Patent Document 1).

特開2007−300697号公報Japanese Patent Laid-Open No. 2007-300697

しかしながら、上記従来の直流電源装置は、実際に力率改善を行うためのスイッチング動作を開始しなければ、リアクタが短絡状態にあることを検知することはできない。   However, the above-described conventional DC power supply device cannot detect that the reactor is in a short circuit state unless the switching operation for actually improving the power factor is started.

したがって、一時的にスイッチング素子を流れる電流のピーク値が高い状況となることを許容することが必要であり、そのため、リアクタが正規のインダクタンス値の場合に実際に流れる電流値に対して十分マージンを有する定格電流の大きなスイッチング素子を用いる必要があった。   Therefore, it is necessary to allow a situation where the peak value of the current flowing through the switching element temporarily becomes high, so that a sufficient margin is provided for the current value actually flowing when the reactor has a normal inductance value. It was necessary to use a switching element having a large rated current.

本発明は、上記従来の課題を解決するもので、簡単な構成にて、電源投入後、力率改善のためのスイッチング動作を開始する前にリアクタの短絡検知を実施し、短絡異常が検知された場合には保護動作のためにスイッチング動作を行わない状態を保つことによって、リアクタの短絡時においてもスイッチング素子に過大な電流を流すことなく、過熱状態に至るのを確実に防止することができることから、より定格電流の小さなスイッチング素子を採用して、安価な構成にて装置の保護動作を実現することができる。   The present invention solves the above-described conventional problems, and with a simple configuration, after the power is turned on, the short circuit of the reactor is detected before the switching operation for power factor improvement is started, and a short circuit abnormality is detected. In such a case, it is possible to reliably prevent an overheating state without flowing an excessive current through the switching element even when the reactor is short-circuited by maintaining a state where the switching operation is not performed for the protection operation. Therefore, it is possible to realize the protective operation of the apparatus with an inexpensive configuration by adopting a switching element having a smaller rated current.

前記従来の課題を解決するために、本発明の直流電源装置は、少なくとも交流電源の半周期に1回以上、スイッチング手段によって、交流電源をリアクタを介して短絡・開放し、交流電源からの交流電圧を直流電圧に変換する直流電源装置において、交流電源の電圧位相検出手段と、リアクタもしくはスイッチング手段を流れる電流を検出する電流検出手段とを備え、電源投入時からスイッチング手段が力率改善のためのスイッチング動作を開始するまでの間に、所定期間だけスイッチング手段を短絡動作させるものであって、短絡動作は複数回行われ、回数を追うごとに、交流電源の瞬時電圧の絶対値が高くなる電圧位相にて行われるものであり、短絡動作時にリアクタもしくはスイッチング手段を流れる電流値の大きさが予め定められた基準電流値よりも大きい場合に、前記力率改善のためのスイッチング動作を行わないものである。または、短絡動作は複数回行われ、回数を追うごとに、短絡期間を長くするものであり、短絡動作時にリアクタもしくはスイッチング手段を流れる電流値の大きさが予め定められた基準電流値よりも大きい場合に、前記力率改善のためのスイッチング動作を行わないものである。 In order to solve the above-described conventional problems, the DC power supply device of the present invention is configured to short-circuit / open an AC power supply via a reactor by a switching means at least once in a half cycle of the AC power supply, and in direct-current power supply that converts the voltage into a DC voltage, and the voltage phase detecting means of the AC power source, and a current detecting means for detecting a current flowing through the reactor or switching means, for switching means of the power factor improvement from power until starting the switching operation of a shall be shorted operate the switching means for a predetermined period of time, short-circuit operation is carried out multiple times, with each passing times, higher absolute value of the instantaneous voltage of the AC power source are those performed by comprising voltage phase, the magnitude of the current flowing through the reactor or switching means during a short circuit operation is predetermined Is larger than the quasi-current value, it is not conducted a switching operation for the power factor correction. Alternatively, the short-circuit operation is performed a plurality of times, and the short-circuit period is lengthened every time the number of times is followed, and the magnitude of the current value flowing through the reactor or the switching means during the short-circuit operation is larger than a predetermined reference current value In this case, the switching operation for improving the power factor is not performed.

さらに、本発明の直流電源装置は、前記力率改善のためのスイッチング動作を開始した後も、所定の時間間隔毎に、予め定められた交流電源電圧の電圧位相にて所定の短絡期間だけスイッチング手段の短絡動作を行い、短絡時におけるリアクタもしくはスイッチング手段の電流値を検知し、検知した電流値の大きさが前記基準電流値よりも大きい場合に、力率改善のためのスイッチング動作を停止するものである。 Furthermore, the DC power supply device of the present invention performs switching for a predetermined short-circuit period at a predetermined voltage phase of the AC power supply voltage every predetermined time interval even after the switching operation for power factor improvement is started. A short circuit operation of the means is performed, the current value of the reactor or the switching means at the time of the short circuit is detected, and when the detected current value is larger than the reference current value, the switching operation for power factor improvement is stopped. Is.

本発明の直流電源装置は、電源投入後、スイッチング動作を開始する前に、リアクタの短絡時においてもスイッチング手段に大電流を流すことなく、保護停止させることができるので、未然にスイッチング動作によって過熱状態に至るのを防止し、スイッチング手段にかかる熱的なストレスを軽減することができるため、より定格電流の小さなスイッチング素子を使用することができるので安価な構成にて装置を保護することが可能となる。   Since the direct current power supply device of the present invention can stop the protection without flowing a large current through the switching means even when the reactor is short-circuited after the power is turned on and before the switching operation is started, Since it is possible to reduce the thermal stress applied to the switching means, it is possible to use a switching element with a smaller rated current, so that the device can be protected with an inexpensive configuration. It becomes.

本発明の実施の形態1における直流電源装置の構成を示す図The figure which shows the structure of the direct-current power supply device in Embodiment 1 of this invention. (a)(b)本発明の直流電源装置における電圧位相検出手段の構成の一例及び該電圧位相検出手段による電圧位相検出を示す図(A) (b) The figure which shows an example of a structure of the voltage phase detection means in the DC power supply device of this invention, and the voltage phase detection by this voltage phase detection means 本発明の実施の形態1における通常動作時の入力電流波形を示す図The figure which shows the input current waveform at the time of normal operation in Embodiment 1 of this invention (a)(b)本発明の実施の形態1におけるリアクタの短絡検知時の各部の波形であってリアクタが正常の場合及びリアクタのインダクタンス値が正規の値よりも低い場合を示す図(A) (b) It is a waveform of each part at the time of short circuit detection of the reactor in Embodiment 1 of this invention, Comprising: The figure which shows the case where a reactor is normal and the inductance value of a reactor is lower than a normal value 本発明の実施の形態2における直流電源装置の構成を示す図The figure which shows the structure of the DC power supply device in Embodiment 2 of this invention. 本発明の実施の形態2における通常動作時の入力電流波形を示す図The figure which shows the input current waveform at the time of normal operation in Embodiment 2 of this invention (a)(b)本発明の実施の形態2におけるリアクタの短絡検知時の各部の波形であってリアクタが正常の場合及びリアクタのインダクタンス値が正規の値よりも低い場合を示す図(A) (b) It is a waveform of each part at the time of the short circuit detection of the reactor in Embodiment 2 of this invention, Comprising: The figure which shows the case where a reactor is normal and the inductance value of a reactor is lower than a regular value 本発明の実施の形態3における直流電源装置の構成を示す図The figure which shows the structure of the DC power supply device in Embodiment 3 of this invention. 本発明の実施の形態3におけるリアクタの短絡検知時の各部の波形を示す図The figure which shows the waveform of each part at the time of the short circuit detection of the reactor in Embodiment 3 of this invention 従来の直流電源装置の構成を示す図The figure which shows the structure of the conventional DC power supply device

第1の発明は、少なくとも交流電源の半周期に1回以上、スイッチング手段を用いて、交流電源をリアクタを介して短絡・開放し、交流電源からの交流電圧を直流電圧に変換する直流電源装置において、交流電源の電圧位相検出手段と、リアクタもしくはスイッチング手段を流れる電流を検出する電流検出手段とを備え、電源投入時からスイッチング手段が力率改善のためのスイッチング動作を開始するまでの間に、所定期間だけスイッチング手段を短絡動作させるものであって、短絡動作は複数回行われ、回数を追うごとに、交流電源の瞬時電圧の絶対値が高くなる電圧位相にて行われるものであり、短絡動作時に電流検出手段によって検出される電流値の大きさが予め定められた基準電流値を超えた場合に、前記スイッチング動作を行わないものである。 A first aspect of the present invention is a DC power supply device that converts an AC voltage from an AC power source into a DC voltage by short-circuiting / opening the AC power source through a reactor using a switching means at least once in a half cycle of the AC power source. The power supply includes a voltage phase detection means for the AC power supply and a current detection means for detecting the current flowing through the reactor or the switching means, and from when the power is turned on until the switching means starts a switching operation for power factor improvement. , a shall be shorted operate the switching means for a predetermined period of time, short-circuit operation is carried out multiple times, with each passing times, which the absolute value of the instantaneous voltage of the AC power supply is performed in becomes higher voltage phase The switching operation is performed when the magnitude of the current value detected by the current detection means during a short circuit operation exceeds a predetermined reference current value. It is the casting.

これによって、実際にスイッチング動作を開始する前にリアクタのインダクタンスの低下を検知することができることから、スイッチング手段に過大な電流を流すことなく、リアクタの短絡異常を検知することができるものである。特に、短絡動作を複数回行うことによって、短絡動作時に瞬時停電が重なって、短絡異常を見逃してしまうリスクを低減するとともに、回数を追うごとに、交流電源の瞬時電圧の絶対値が高くなる電圧位相にて短絡動作が行われることによって、リアクタのインダクタンスが小さいほど少ない回数で異常検出が可能となるため、リアクタの短絡異常時にスイッチング手段に流れる電流をさらに低く抑えて実現するものである。 As a result, it is possible to detect a decrease in the inductance of the reactor before actually starting the switching operation. Therefore, it is possible to detect a short-circuit abnormality of the reactor without causing an excessive current to flow through the switching means. In particular, by performing multiple short-circuit operations, the voltage at which the absolute value of the instantaneous voltage of the AC power supply increases as the number of times increases, as well as reducing the risk of missing a short-circuit abnormality due to the occurrence of an instantaneous power failure during the short-circuit operation. By performing the short circuit operation in the phase, the smaller the reactor inductance, the smaller the number of times that an abnormality can be detected. Therefore, when the reactor short circuit is abnormal, the current flowing through the switching means is further reduced.

なお、電流検出手段によってスイッチング手段を流れる電流を検出する場合には、電流検出手段によって検出される電流がスイッチング手段の短絡(オン)時の電流であるかどうかを判断する必要がないため、リアクタを流れる電流を検出する場合に比べて、より簡単な構成にてリアクタの短絡検知を行うことが可能である。   When the current flowing through the switching means is detected by the current detecting means, it is not necessary to determine whether the current detected by the current detecting means is the current when the switching means is short-circuited (ON). It is possible to detect the short circuit of the reactor with a simpler configuration than when detecting the current flowing through the reactor.

第2の発明は、少なくとも交流電源の半周期に1回以上、スイッチング手段を用いて、交流電源をリアクタを介して短絡・開放し、交流電源からの交流電圧を直流電圧に変換する直流電源装置において、交流電源の電圧位相検出手段と、リアクタもしくはスイッチング手段を流れる電流を検出する電流検出手段とを備え、電源投入時からスイッチング手段が力率改善のためのスイッチング動作を開始するまでの間に、所定期間だけスイッチング手段を短絡動作させるものであって、短絡動作は複数回行われ、回数を追うごとに、短絡期間を長くするものであり、短絡動作時に電流検出手段によって検出される電流値の大きさが予め定められた基準電流値を超えた場合に、前記スイッチング動作を行わないものである。 According to a second aspect of the present invention, there is provided a direct current power supply apparatus for converting an alternating current voltage from an alternating current power source into a direct current voltage by short-circuiting / opening the alternating current power source through a reactor at least once in a half cycle of the alternating current power source. The power supply includes a voltage phase detection means for the AC power supply and a current detection means for detecting the current flowing through the reactor or the switching means, and from when the power is turned on until the switching means starts a switching operation for power factor improvement. The switching means is short-circuited only for a predetermined period, the short-circuiting operation is performed a plurality of times, and the short-circuiting period is lengthened every time the number of times is increased, and the current value detected by the current detection means during the short-circuiting operation When the magnitude of exceeds a predetermined reference current value, the switching operation is not performed.

これによって、実際にスイッチング動作を開始する前にリアクタのインダクタンスの低下を検知することができることから、スイッチング手段に過大な電流を流すことなく、リアクタの短絡異常を検知することができるものである。特に、短絡動作を複数回行うことによって、短絡動作時に瞬時停電が重なって、短絡異常を見逃してしまうリスクを低減するとともに、回数を追うごとに、短絡動作における短絡期間を長くすることによって、リアクタの短絡異常時にスイッチング手段に流れる電流をさらに低く抑えて実現するものである。As a result, it is possible to detect a decrease in the inductance of the reactor before actually starting the switching operation. Therefore, it is possible to detect a short-circuit abnormality of the reactor without causing an excessive current to flow through the switching means. In particular, by performing the short-circuit operation multiple times, the risk of overlooking the short-circuit abnormality due to the occurrence of instantaneous power failure during the short-circuit operation is reduced, and the short-circuit period in the short-circuit operation is increased each time the reactor is operated. This is realized by further reducing the current flowing through the switching means when the short circuit is abnormal.

第3の発明は、第1または第2の発明において、少なくとも2回以上、電流検出手段によって検出される電流値が予め定められた基準値を超えた場合にのみ、前記力率改善のためのスイッチング動作を行わないものであり、回路上のノイズによって誤って短絡異常と判断してしまうリスクを低減するものである。 According to a third aspect of the present invention, in the first or second aspect, the power factor is improved only when the current value detected by the current detection means exceeds a predetermined reference value at least twice . The switching operation is not performed, and the risk of erroneously determining a short circuit abnormality due to noise on the circuit is reduced.

の発明は、第1〜第3の発明において、前記短絡動作が、交流電源の正負両方の極性において、少なくとも1回以上行われることによって、直流電源装置が非対称な回路構成の場合や、2個のスイッチング素子によって構成される直流電源装置における片方のスイッチング素子不良など、交流電源の正負両方の極性に対する回路の対称性に関する異常がある場合についても、リアクタの短絡異常検知を可能とするものである。 According to a fourth invention, in the first to third inventions, the short-circuit operation is performed at least once in both positive and negative polarities of the AC power supply, so that the DC power supply device has an asymmetric circuit configuration, Even if there is an abnormality related to the symmetry of the circuit with respect to both the positive and negative polarities of the AC power supply, such as a defective one switching element in a DC power supply device composed of two switching elements, it is possible to detect a short-circuit abnormality in the reactor It is.

の発明は、第の発明において、前記短絡動作における基準電流値は、回数を追うごとに大きな値に設定されることによって、交流電源の瞬時電圧の絶対値がより低い位相にてリアクタのインダクタンス異常を検出することができるので、リアクタの短絡異常時にスイッチング手段に流れる電流をさらに低く抑えるものである。 According to a fifth invention, in the first invention, the reference current value in the short-circuit operation is set to a large value every time the number of times is increased, so that the absolute value of the instantaneous voltage of the AC power source is reduced in phase. Thus, the current flowing through the switching means when the reactor is short-circuited abnormally can be further reduced.

の発明は、第の発明において、前記短絡動作における基準電流値は、回数を追うごとに大きな値に設定されることによって、より短絡期間の短い短絡動作にてリアクタのインダクタンス異常を検出することができるので、リアクタの短絡異常時にスイッチング手段に流れる電流をさらに低く抑えるものである。 According to a sixth aspect , in the second aspect , the reference current value in the short-circuit operation is set to a large value every time the number of times is increased, thereby detecting an abnormality in the inductance of the reactor in the short-circuit operation with a shorter short-circuit period. Therefore, the current flowing through the switching means when the reactor is short-circuited abnormally is further suppressed.

の発明は、第1〜第3の発明において、交流電源の電圧検出手段を備え、前記短絡動作時における交流電源の瞬時電圧の絶対値が高くなるほど、前記基準電流値を高い値とすることによって、交流電圧によるばらつきの影響を低減することで、リアクタのインダクタンス値の検知精度を高めるものである。 7th invention is equipped with the voltage detection means of alternating current power supply in 1st-3rd invention, and makes the said reference current value high value, so that the absolute value of the instantaneous voltage of alternating current power supply at the time of the said short circuit operation becomes high. Thus, the detection accuracy of the inductance value of the reactor is improved by reducing the influence of variation due to the AC voltage.

の発明は、第1〜第3の発明において、少なくとも1回目の短絡動作における前記短絡期間が、スイッチング手段を構成するスイッチング素子の短絡耐量以下の時間に設定されることによって、リアクタのデッドショートの際にも、高速動作可能な過電流保護回路を必要とすることなく、確実にスイッチング手段の破壊を防ぐものである。 According to an eighth invention, in the first to third inventions, the short-circuit period in at least the first short-circuit operation is set to a time equal to or shorter than the short-circuit withstand capability of the switching elements constituting the switching means, so that the reactor dead Even in the case of a short circuit, the switching means is surely prevented from being destroyed without requiring an overcurrent protection circuit capable of high-speed operation.

の発明は、第1〜第3の発明において、前記電圧位相検出手段は、フォトカプラを用いて構成されることによって、安価な構成を実現するものである。 According to a ninth invention, in the first to third inventions, the voltage phase detection means is configured using a photocoupler, thereby realizing an inexpensive configuration.

10の発明は、第1〜第3の発明において、前記基準電流値が、通常動作時においてスイッチング手段に流れる最大電流値よりも低く設定されることによって、リアクタの短絡検知時にスイッチング手段に流れる電流を通常動作範囲以下に抑制することで、スイッチング手段を必要最小限の定格電流の素子にて実現するものである。 According to a tenth aspect , in the first to third aspects, the reference current value is set lower than a maximum current value that flows through the switching unit during normal operation, thereby flowing through the switching unit when a short circuit of the reactor is detected. By suppressing the current below the normal operating range, the switching means is realized with an element having the minimum necessary rated current.

11の発明は、第1〜第3の発明において、前記短絡動作時の電流検出が、短絡期間内の1回のAD変換によって行われることによって、AD変換および制御手段にかかる負担を抑えることができるので、安価かつ簡単な構成にて実現することができるものである。 In an eleventh aspect based on the first to third aspects, the current detection during the short-circuit operation is performed by one AD conversion within the short-circuit period, thereby suppressing the burden on the AD conversion and control means. Therefore, it can be realized with an inexpensive and simple configuration.

また、通常動作時においてPWM制御により入力電流制御を行う直流電源装置においては、短絡動作とAD変換をPWM制御のキャリア周期に同期させて行うことで、簡単にタイミングの同期がとりやすくなるという効果も奏する。   In addition, in a DC power supply device that performs input current control by PWM control during normal operation, the effect of facilitating easy synchronization of timing is achieved by performing short-circuit operation and AD conversion in synchronization with the carrier cycle of PWM control. Also play.

12の発明は、第1〜第3の発明において、全短絡動作の中に、短絡動作を開始する交流電源の瞬時電圧の絶対値および短絡期間を同一とする短絡動作が含まれるものであり、瞬時停電やノイズによってリアクタの短絡異常を一度見逃しただけで、短絡を開始する交流電源の電圧位相を大きくしたり、短絡期間を長くすることがなくなるため、リアクタの短絡異常時において、スイッチング手段に流れる電流値を低く抑えることができるものである。 In a twelfth aspect according to any one of the first to third aspects, the short-circuit operation in which the absolute value of the instantaneous voltage and the short-circuit period of the AC power supply for starting the short-circuit operation are the same is included in the entire short-circuit operation. Because it is not necessary to increase the voltage phase of the AC power supply that starts the short-circuit or lengthen the short-circuit period just by overlooking the reactor short-circuit abnormality due to an instantaneous power failure or noise, switching means in the event of a reactor short-circuit abnormality The value of the current flowing through can be kept low.

13の発明は、第1〜第3の発明において、前記短絡動作終了後、前記力率改善のためのスイッチング動作を開始した後も、所定の期間内に少なくとも1回、予め定められた交流電源の電圧位相もしくは予め定められた交流電源の瞬時電圧の絶対値となる電圧位相にて所定期間だけスイッチング手段を短絡動作させ、短絡動作時に前記電流検出手段によって検出される電流値の大きさが予め定められた基準電流値を超えた場合に、力率改善のためのスイッチング動作を停止することによって、通常動作時においても、リアクタのインダクタンス低下を検知し、速やかにスイッチング動作を保護停止させるものである。 In a thirteenth aspect of the present invention, in the first to third aspects of the present invention, after the short-circuit operation ends, after the switching operation for power factor improvement is started, the predetermined alternating current is at least once within a predetermined period. The switching means is short-circuited for a predetermined period at the voltage phase of the power supply or the voltage phase that is the absolute value of the predetermined instantaneous voltage of the AC power supply, and the magnitude of the current value detected by the current detection means during the short-circuit operation is By stopping the switching operation for power factor improvement when a predetermined reference current value is exceeded, a decrease in the inductance of the reactor is detected even during normal operation, and the switching operation is immediately protected and stopped. It is.

14の発明は、第13の発明において、前記短絡動作が、交流電源のゼロクロス点付近に行われることにより、通常動作時における入力電流波形の歪みや力率への影響をより小さくするものである。 According to a fourteenth aspect , in the thirteenth aspect , the short-circuit operation is performed near the zero cross point of the AC power supply, thereby further reducing the influence on the distortion and power factor of the input current waveform during normal operation. is there.

以下、本発明の実施の形態について、図面を参照しながら説明する。なお、この実施の形態によって本発明が限定されるものではない。   Hereinafter, embodiments of the present invention will be described with reference to the drawings. Note that the present invention is not limited to the embodiments.

(実施の形態1)
図1は、本発明の第1の実施の形態における直流電源装置の構成を示す図である。
(Embodiment 1)
FIG. 1 is a diagram showing a configuration of a DC power supply device according to the first embodiment of the present invention.

図1に示すように、本実施の形態における直流電源装置は、交流電源1の一端に接続されたリアクタ2および、リアクタ2に流れる電流を検出する電流検出手段3と、リアクタ2を介して交流電源1を短絡・開放する双方向性のスイッチング手段4と、スイッチング
手段4とリアクタ2との接続部に一方の交流入力端が接続された整流回路5と、整流回路5の直流出力端間および他方の入力端と各直流出力端間にそれぞれ接続された平滑コンデンサ6およびコンデンサ7a,7bを備えて倍電圧整流回路を形成し、負荷8へ直流電圧を供給する。
As shown in FIG. 1, the direct-current power supply in the present embodiment includes a reactor 2 connected to one end of an alternating-current power supply 1, current detection means 3 that detects a current flowing through the reactor 2, and an alternating current via the reactor 2. Bidirectional switching means 4 for short-circuiting / opening the power source 1, a rectifier circuit 5 having one AC input terminal connected to a connection portion between the switching means 4 and the reactor 2, and a DC output terminal of the rectifier circuit 5 and A smoothing capacitor 6 and capacitors 7a and 7b respectively connected between the other input terminal and each DC output terminal are provided to form a voltage doubler rectifier circuit and supply a DC voltage to the load 8.

さらに、本実施の形態の直流電源装置は、交流電源1の両端に接続されて交流電源1の電圧位相を検出する電圧位相検出手段9を備えており、交流電源1からの入力電流が概略正弦波状の電流波形となるように、ダイオードブリッジと1個のIGBTの組み合わせ、もしくは、互いに逆方向に接続された2個のパワーMOSFETなどで構成された双方向性のスイッチング手段4のオン・オフ制御を行う制御手段10を有する。   Furthermore, the DC power supply device of the present embodiment includes voltage phase detection means 9 that is connected to both ends of the AC power supply 1 and detects the voltage phase of the AC power supply 1, and the input current from the AC power supply 1 is approximately sine. On / off control of the bidirectional switching means 4 composed of a combination of a diode bridge and one IGBT or two power MOSFETs connected in opposite directions so as to form a wavy current waveform It has the control means 10 which performs.

図2は、電圧位相検出手段9の構成の一例を示す図である。   FIG. 2 is a diagram showing an example of the configuration of the voltage phase detection means 9.

電圧位相検出手段9は、電圧検出用のトランス(PT)を用いて構成することもできるが、図2(a)に示すように、フォトカプラと抵抗等によって構成された回路にて構成し、図2(b)のように交流電源1のゼロクロス点を検出し、検出されたゼロクロス点から交流電源1の電圧位相を推定することによって、安価な構成とすることが可能である。   The voltage phase detection means 9 can be configured by using a voltage detection transformer (PT), but as shown in FIG. 2A, it is configured by a circuit configured by a photocoupler and a resistor, By detecting the zero cross point of the AC power source 1 as shown in FIG. 2B and estimating the voltage phase of the AC power source 1 from the detected zero cross point, an inexpensive configuration can be achieved.

図3は、本実施の形態の直流電源装置における通常動作時の入力電流波形を示す図である。   FIG. 3 is a diagram showing an input current waveform during normal operation in the DC power supply device of the present embodiment.

図3に示すように、実施の形態の直流電源装置の制御手段10は、非可聴域に相当する約20kHzをキャリア周波数とするPWM制御に基づいてスイッチング手段4のオン・オフ制御を行い、入力電流波形を略正弦波状に整形して、昇圧ならびに力率の改善を行う。   As shown in FIG. 3, the control means 10 of the DC power supply device of the embodiment performs on / off control of the switching means 4 based on PWM control using a carrier frequency of about 20 kHz corresponding to a non-audible range, The current waveform is shaped into a substantially sinusoidal shape to boost the voltage and improve the power factor.

本実施の形態の直流電源装置は、電源投入後、力率改善のために行われるPWM制御によるスイッチング動作を開始する前に、リアクタ2の短絡検知を行い、インダクタンス値が正規の値よりも低い値であると判定された場合には、保護動作状態となって、以降のスイッチング動作を行わない。   The DC power supply device according to the present embodiment detects a short-circuit of the reactor 2 after power-on and before starting a switching operation by PWM control performed for power factor improvement, and an inductance value is lower than a normal value. When it is determined that the value is a value, the protection operation state is set and the subsequent switching operation is not performed.

なお、本実施の形態では、電流検出手段3をリアクタ2に直列に接続しているが、電流検出手段3は、リアクタ2に流れる電流を検出できればよいので、図1のようにリアクタ2と直列に接続される代わりに、リアクタ2が接続されている側の反対側の交流ラインに接続しても構わない。   In the present embodiment, the current detection means 3 is connected in series with the reactor 2, but the current detection means 3 only needs to be able to detect the current flowing through the reactor 2, so that it is in series with the reactor 2 as shown in FIG. Instead of being connected to, the AC line on the opposite side of the side to which the reactor 2 is connected may be connected.

以下、リアクタ2の短絡検知に関する詳細内容について記載する。   Hereinafter, the detailed content regarding the short circuit detection of the reactor 2 is described.

図4(a)および(b)は、本実施の形態における直流電源装置のリアクタ2の短絡検知時の各部の波形を示す図である。   4 (a) and 4 (b) are diagrams showing waveforms of respective parts when a short circuit is detected in the reactor 2 of the DC power supply device according to the present embodiment.

図4(a)は、リアクタが正常な場合における交流電源1の交流電圧およびリアクタ2の電流、制御部からの短絡信号を示す。   FIG. 4A shows the AC voltage of the AC power source 1 and the current of the reactor 2 and the short circuit signal from the control unit when the reactor is normal.

図4(a)に示すように、制御手段10は、予め記憶部10cに記憶された、短絡動作を行う交流電源1の所定の電圧位相(例えばθ=10°、190°)(図のA1、A2)において、予め記憶部10cに記憶された短絡期間(例えば5μs)だけスイッチング手段4を強制短絡するための駆動信号を駆動信号生成部10aにて生成してスイッチング手段4を強制短絡動作させ、短絡動作時にリアクタ2に流れる電流を電流検出手段3によって検出する。   As shown in FIG. 4A, the control means 10 has a predetermined voltage phase (for example, θ = 10 °, 190 °) of the AC power source 1 that performs a short-circuit operation, which is stored in advance in the storage unit 10c (A1 in the drawing). , A2), the drive signal generator 10a generates a drive signal for forcibly short-circuiting the switching means 4 for a short-circuit period (for example, 5 μs) stored in advance in the storage unit 10c, and the switching means 4 is forcibly short-circuited. The current flowing through the reactor 2 during the short-circuit operation is detected by the current detection means 3.

制御手段10は、検出された電流値の大きさを、リアクタ短絡検知部10bにおいて、予め記憶部10cに記憶された基準電流値と比較し、上記電流検出値が基準電流値を超える場合には、リアクタ2のインダクタンスが正規の値よりも低い異常状態であると判断して、保護動作のため、以降、スイッチング手段4をオフ状態に保ち、力率改善のためのスイッチング動作を行わないことにより、スイッチング手段4に大電流が流れるのを防止する。   The control means 10 compares the magnitude of the detected current value with the reference current value stored in advance in the storage unit 10c in the reactor short-circuit detecting unit 10b, and if the detected current value exceeds the reference current value, By judging that the inductance of the reactor 2 is in an abnormal state lower than the normal value, and for the protection operation, the switching means 4 is kept in the OFF state and the switching operation for power factor improvement is not performed thereafter. The large current is prevented from flowing through the switching means 4.

上記基準電流値は、交流電源1の交流電圧の大きさをリアクタ2の正常なインダクタンス値で除して得られる電流増加の傾きdI/dtと、強制短絡時間との積で決まる電流値に対して、交流電源1の電源電圧の変動や電流検出のばらつきを加味して設定される。そして、リアクタ2のインダクタンス値の異常を確実に検出できるのは、通常、基準電流値がリアクタ2の正常なインダクタンス値のおよそ1/2以下の場合である。   The reference current value is a current value determined by the product of a slope dI / dt of current increase obtained by dividing the magnitude of the AC voltage of the AC power source 1 by the normal inductance value of the reactor 2 and the forced short circuit time. Thus, it is set in consideration of fluctuations in the power supply voltage of the AC power supply 1 and variations in current detection. An abnormality in the inductance value of the reactor 2 can be reliably detected when the reference current value is generally about ½ or less of the normal inductance value of the reactor 2.

なお、電流検出は、CTなどの電流センサと、マイコン内のAD変換器によって行われるが、電流の検出方法については、ピークホールド回路にて最大値を検出してもよいし、連続して電流を数点検出し、その最大値を用いてもよい。   Current detection is performed by a current sensor such as a CT and an AD converter in the microcomputer. However, the current detection method may be to detect the maximum value with a peak hold circuit or continuously. It is also possible to check the number and use the maximum value.

さらに、短絡動作とAD変換をPWM制御のキャリア周期に同期させて行い、短絡期間内の中央の検出値のみのAD変換結果を用いるとともに、基準電流値を上記よりも低い値(短絡期間内での検出タイミングを考慮した値)に設定することによって、簡単な構成にて短絡動作と電流検出のタイミングの同期を実現することが可能である。   Further, the short-circuit operation and AD conversion are performed in synchronization with the PWM control carrier cycle, and the AD conversion result of only the central detection value in the short-circuit period is used, and the reference current value is lower than the above (within the short-circuit period). Therefore, the short-circuit operation and the current detection timing can be synchronized with a simple configuration.

また、フォトカプラを用いた電圧位相検出手段9を用いている場合、交流電源1の電圧位相を正しく推定するためには、電源投入直後少なくとも交流電源1の1周期以上の時間を要するため、リアクタ2の短絡検知は、電源投入後、交流電源1の数周期が経過して交流電源1の電圧位相推定を確実に行えるようになってから実施される。   Further, when the voltage phase detection means 9 using a photocoupler is used, in order to correctly estimate the voltage phase of the AC power supply 1, at least one cycle of the AC power supply 1 is required immediately after the power is turned on. The short-circuit detection of No. 2 is carried out after several cycles of the AC power source 1 have passed after the power is turned on and the voltage phase of the AC power source 1 can be reliably estimated.

図4(a)の例では、リアクタ2の短絡検知のために、スイッチング手段4の強制短絡が交流電源1の正負の極性において1回ずつ行われているが、いずれも基準電流値には達していないため、リアクタ2は正常と判定される。   In the example of FIG. 4A, forcibly short-circuiting of the switching means 4 is performed once for each of the positive and negative polarities of the AC power source 1 in order to detect a short circuit of the reactor 2, but both of them reach the reference current value. Therefore, the reactor 2 is determined to be normal.

その結果、図示していないが、制御手段10は、力率改善のためのスイッチング動作を開始し、図3に示すような入力電流波形となるようにスイッチング動作が行われて運転が継続される。   As a result, although not shown, the control means 10 starts a switching operation for power factor improvement, and the switching operation is performed so as to obtain an input current waveform as shown in FIG. .

なお、図4(a)に示すように、交流電源1の正負両方の極性にて判断を行うことで、リアクタ2の短絡検知に加えて、回路の対称性についても確認が可能である。   Note that, as shown in FIG. 4A, by making a determination based on both positive and negative polarities of the AC power supply 1, in addition to detecting the short circuit of the reactor 2, the symmetry of the circuit can be confirmed.

すなわち、スイッチング手段4を構成するダイオードやスイッチング素子の一部に異常があった場合、短絡動作時に検出される電流は、交流電源1の正負の極性によって異なることから、アンバランスの度合を確認することで、スイッチング動作を行う前に、上記の異常についても確認することが可能である。   That is, when there is an abnormality in a part of the diode or the switching element constituting the switching means 4, the current detected at the time of the short circuit operation differs depending on the positive / negative polarity of the AC power supply 1, and thus the degree of imbalance is confirmed. Thus, it is possible to confirm the above abnormality before performing the switching operation.

また、同一の短絡期間をもつ短絡動作による電流検知を複数回行うことで、瞬時停電やノイズの影響についても抑制する効果を有している。   Moreover, it has the effect which suppresses also about the influence of a momentary power failure or noise by performing the current detection by short circuit operation | movement with the same short circuit period in multiple times.

図4(b)は、リアクタ2のインダクタンスが正規の値よりも低い場合の各部の波形である。   FIG. 4B is a waveform of each part when the inductance of the reactor 2 is lower than a normal value.

図4(b)の例では、強制短絡時(図のB1、B2)において2回とも、記憶部10cに記憶された基準電流値を超える電流が検出されるため、リアクタ2を短絡異常と判定し、以降スイッチング動作は行われない。   In the example of FIG. 4B, since a current exceeding the reference current value stored in the storage unit 10c is detected twice at the time of a forced short circuit (B1 and B2 in the figure), the reactor 2 is determined to be a short circuit abnormality. Thereafter, no switching operation is performed.

図4に示すように、複数回、短絡動作を行うことで、万一、強制短絡時に瞬時停電が生じた場合についても、電流を検出できずにリアクタの短絡異常を見逃すリスクを低減することができる。   As shown in FIG. 4, by performing a short-circuit operation multiple times, even if an instantaneous power failure occurs in the event of a forced short-circuit, the risk of missing a short-circuit abnormality in the reactor without detecting current can be reduced. it can.

また、さらに、図示していないが、同一の短絡期間をもつ短絡動作のうち、一部の短絡動作時のみ基準電流値を超える場合については、電流検出においてノイズの影響を受けている可能性も考えられることから、少なくとも2以上の予め定められた回数以上、基準電流値を超えた場合のみ、リアクタ2の短絡異常と判断し、保護状態となってスイッチング動作の停止を行うことで、ノイズによる誤検知のリスクを低減することが可能である。   Furthermore, although not shown in the figure, among the short-circuit operations having the same short-circuit period, when the reference current value is exceeded only during some short-circuit operations, there is a possibility that the current detection is affected by noise. As a result, it is determined that the reactor 2 is short-circuited abnormally only when the reference current value is exceeded by a predetermined number of times of at least 2 or more, and the switching operation is stopped due to noise due to noise. It is possible to reduce the risk of false detection.

なお、異常判定のための基準電流値は、スイッチング手段4に通常動作時に流れる最大電流値よりも小さく設定され、上記短絡時間は、リアクタ2のインダクタンス値が正常範囲の場合において、スイッチング手段4に流れる電流値の大きさが上記基準電流値に達しないような短い値に設定される。   The reference current value for abnormality determination is set to be smaller than the maximum current value that flows through the switching means 4 during normal operation, and the short-circuiting time is set to the switching means 4 when the inductance value of the reactor 2 is in the normal range. The magnitude of the flowing current value is set to a short value that does not reach the reference current value.

その結果、その後に続くスイッチング動作による力率改善動作を行わず、保護動作状態となることで、リアクタ2のインダクタンスが低い異常時においても、スイッチング手段4に過大な電流が流れるのを未然に防止することができる。   As a result, the power factor correction operation by the subsequent switching operation is not performed, and the protection operation state is established, so that an excessive current can be prevented from flowing through the switching means 4 even when the inductance of the reactor 2 is low. can do.

さらに、上記の短絡期間は、スイッチング手段4を構成するスイッチング素子の短絡耐量(許容し得る短絡時間)以下の時間に設定される。   Further, the short-circuit period is set to a time equal to or shorter than the short-circuit tolerance (acceptable short-circuit time) of the switching elements constituting the switching means 4.

一般に、リアクタ2がデッドショートに近い場合、スイッチング手段4を流れる電流増加の傾きdI/dtは非常に高くなることから、スイッチング手段4を構成するスイッチング素子を破壊することなく安全に保護するためには、オフ時のdI/dtを高くしないようにコントロールしながらも応答速度の速い過電流保護回路が必要となる。   In general, when the reactor 2 is close to a dead short, the slope dI / dt of the increase in current flowing through the switching means 4 becomes very high, so that the switching elements constituting the switching means 4 can be safely protected without being destroyed. Requires an overcurrent protection circuit with a high response speed while controlling so as not to increase dI / dt at the time of OFF.

しかしながら、本実施の形態の直流電源装置においては、短絡期間がスイッチング素子の短絡耐量以下の時間に設定されているため、素子が破壊する恐れはないことから、リアクタ2がデッドショートに近い状況においても、スイッチング手段4を保護するために応答速度の速い過電流保護を必要としない。   However, in the DC power supply device of the present embodiment, since the short-circuit period is set to a time shorter than the short-circuit tolerance of the switching element, there is no risk of the element being destroyed. However, overcurrent protection with a fast response speed is not required to protect the switching means 4.

以上のように、本実施の形態の直流電源装置は、力率改善のためのスイッチング動作を行う前に、交流電源1を、リアクタ2を介して短時間強制短絡し、基準電流値よりも大きな電流値が流れた場合に、保護動作状態となって、力率改善のためのスイッチング動作を行わないことによって、レアショートなどのリアクタ2の異常時においても、スイッチング手段4に過大な電流が流れるのを未然に防止することができ、スイッチング手段4を定格電流のより小さなスイッチング素子で構成することが可能となる。   As described above, the DC power supply apparatus according to the present embodiment forcibly short-circuits the AC power supply 1 through the reactor 2 for a short time before performing the switching operation for power factor improvement, and is larger than the reference current value. When a current value flows, the protection operation state is entered, and the switching operation for power factor improvement is not performed, so that an excessive current flows in the switching means 4 even when the reactor 2 is abnormal such as a short circuit. Therefore, the switching means 4 can be constituted by a switching element having a smaller rated current.

また、図示していないが、本実施の形態の直流電源装置において、力率改善のためにスイッチング手段4のスイッチング動作を開始した後においても、同様に、交流電源1の所定の電圧位相において、強制短絡動作を行って基準電流値と比較して短絡検知を行うことで、運転時においてもリアクタ2のインダクタンス値の異常検知が可能である。   Although not shown, in the DC power supply device of the present embodiment, after starting the switching operation of the switching means 4 for power factor improvement, similarly, at a predetermined voltage phase of the AC power supply 1, By performing a forced short-circuit operation and comparing the reference current value with a short-circuit detection, it is possible to detect an abnormality in the inductance value of the reactor 2 even during operation.

すなわち、交流電源1の半周期から数十秒程度の範囲の、予め定められた期間内に少なくとも1回、上記の検知制御を行うことで、運転中にリアクタ2のインダクタンス値が低
下した場合にも、電流リプルの多い異常状態を上記の時間間隔以上に継続させずに、速やかに装置を保護停止させることが可能である。
That is, when the inductance value of the reactor 2 is reduced during operation by performing the detection control at least once within a predetermined period in a range of about a few tens of seconds from the half cycle of the AC power supply 1. However, it is possible to quickly stop the protection of the apparatus without continuing the abnormal state with many current ripples over the above time interval.

さらに、上記の強制短絡動作を、交流電源1のゼロクロス付近で行うことによって、入力電流歪みや力率低下の影響がほとんど無視できることは、図3および図4の電流波形からも明らかであり、常時リアクタの短絡検知を行いながら運転を継続することができるので、運転途中にリアクタのインダクタンスの低下が発生した場合においても速やかに安全に装置を保護停止させることができる。   Further, it is clear from the current waveforms in FIGS. 3 and 4 that the forced short circuit operation is performed in the vicinity of the zero cross of the AC power supply 1 so that the effects of input current distortion and power factor reduction can be almost ignored. Since the operation can be continued while detecting the short circuit of the reactor, the apparatus can be protected and stopped promptly and safely even when the inductance of the reactor is reduced during the operation.

(実施の形態2)
図5は、本発明の第2の実施の形態における直流電源装置の構成を示す図である。
(Embodiment 2)
FIG. 5 is a diagram showing a configuration of a DC power supply device according to the second embodiment of the present invention.

図5に示すように、本実施の形態における直流電源装置は、交流電源1の一端に接続されたリアクタ2と、リアクタ2を介して交流電源1を短絡・開放する双方向性のスイッチング手段4と、スイッチング手段4に流れる電流を検出する電流検出手段3と、スイッチング手段4とリアクタ2との接続部に一方の交流入力端が接続された整流回路5と、整流回路5の直流出力端間に接続された平滑コンデンサ6を備えて、負荷8へ直流電圧を供給する。   As shown in FIG. 5, the DC power supply in the present embodiment includes a reactor 2 connected to one end of an AC power supply 1 and bidirectional switching means 4 that short-circuits / opens the AC power supply 1 via the reactor 2. A current detecting means 3 for detecting a current flowing through the switching means 4, a rectifier circuit 5 having one AC input terminal connected to a connection portion between the switching means 4 and the reactor 2, and a DC output terminal of the rectifier circuit 5 And a smoothing capacitor 6 connected to, and supplies a DC voltage to the load 8.

さらに、本実施の形態の直流電源装置は、交流電源1の両端に接続されて交流電源1の電圧位相を検出する電圧位相検出手段9を備え、逆方向に対向して接続された2個のIGBTなどで構成された双方向性のスイッチング手段4のオン・オフ制御を行う制御手段10を有する。   Furthermore, the DC power supply device according to the present embodiment includes voltage phase detection means 9 that is connected to both ends of the AC power supply 1 and detects the voltage phase of the AC power supply 1, and includes two pieces connected in opposite directions. It has a control means 10 for performing on / off control of the bidirectional switching means 4 composed of an IGBT or the like.

図6に、本実施の形態における直流電源装置の通常動作時の入力電流波形例を示す。   FIG. 6 shows an example of an input current waveform during normal operation of the DC power supply device according to the present embodiment.

図6に示すように、本実施の形態における直流電源装置の制御手段10は、交流電源1の半周期に1回ないし数回、スイッチング手段4を短絡・開放して、交流電源1からの交流電圧を直流電圧に変換するとともに、力率を改善する。   As shown in FIG. 6, the control means 10 of the DC power supply device in the present embodiment shorts and opens the switching means 4 once or several times in a half cycle of the AC power supply 1 to Converts voltage to DC voltage and improves power factor.

図7(a)および(b)は、それぞれ、本実施の形態の直流電源装置におけるリアクタの短絡検知時の各部の波形である。   FIGS. 7A and 7B are waveforms of respective parts when a short circuit of the reactor is detected in the DC power supply device of the present embodiment.

図7(a)は、リアクタが正常時の各部の波形を示す。   FIG. 7 (a) shows the waveform of each part when the reactor is normal.

図7(a)に示すように、本実施の形態における直流電源装置の制御手段10は、電源投入後、交流電源1の電圧位相の検出が可能になった後、予め記憶部10cに記憶された交流電源1の電圧位相において、スイッチング手段4を予め記憶部10cに記憶された短期間だけ強制短絡を行う。   As shown in FIG. 7A, the control means 10 of the DC power supply device in the present embodiment is stored in advance in the storage unit 10c after the voltage phase of the AC power supply 1 can be detected after the power is turned on. In the voltage phase of the AC power source 1, the switching means 4 is forcibly short-circuited for a short period stored in advance in the storage unit 10 c.

さらに、強制短絡時においてスイッチング手段4に流れる電流値を検出し、検出された電流値が記憶部10cに記憶された基準電流値よりも高い場合に、保護動作状態となって、以降、スイッチング動作を行わない。   Further, the current value flowing through the switching means 4 at the time of the forced short circuit is detected, and when the detected current value is higher than the reference current value stored in the storage unit 10c, the protection operation state is set, and thereafter the switching operation is performed. Do not do.

また、実施の形態1の構成では、スイッチング手段4がオフ状態にあっても交流電源1の瞬時電圧が平滑コンデンサ6の直流電圧よりも高い状態であるときの電圧位相では負荷8へ入力電流が流れるため、スイッチング手段4がオフ状態でも電流検出手段3には電流が流れる期間が存在するが、本実施の形態の構成では、図7(a)に示すように、スイッチング手段4のオン時にしか、電流検出手段3に電流が流れない。   In the configuration of the first embodiment, the input current is supplied to the load 8 in the voltage phase when the instantaneous voltage of the AC power supply 1 is higher than the DC voltage of the smoothing capacitor 6 even when the switching means 4 is in the OFF state. Therefore, even when the switching means 4 is off, the current detection means 3 has a period during which current flows. However, in the configuration of the present embodiment, only when the switching means 4 is on, as shown in FIG. No current flows through the current detection means 3.

したがって、実施の形態1における直流電源装置では、異常判定のための基準電流値を短絡検知時において通常想定される入力電流値よりも十分に高く設定できない場合には、例えば、電源電圧1の電圧位相情報や、制御手段10におけるスイッチング手段4のオン・オフ情報をもとに、電流検出手段3で検出された電流がスイッチング手段4の短絡(オン)時のものであるかどうかを確認する必要が生じるが、本実施の形態における直流電源装置では、電流検出手段3によって検出される電流がスイッチング手段4の短絡(オン)時の電流であるかどうかを判断する必要がない。   Therefore, in the DC power supply device in the first embodiment, when the reference current value for abnormality determination cannot be set sufficiently higher than the input current value normally assumed at the time of short circuit detection, for example, the voltage of the power supply voltage 1 Based on the phase information and the on / off information of the switching means 4 in the control means 10, it is necessary to confirm whether or not the current detected by the current detection means 3 is that when the switching means 4 is short-circuited (ON). However, in the DC power supply device according to the present embodiment, it is not necessary to determine whether or not the current detected by the current detection unit 3 is a current when the switching unit 4 is short-circuited (ON).

すなわち本実施の形態では、任意の電圧位相で強制短絡をすることができるので設計の自由度が高くなるとともに、より簡単な構成にてリアクタ2の短絡検知を行うことが可能である。   That is, in the present embodiment, the forced short circuit can be performed at an arbitrary voltage phase, so that the degree of freedom in design is increased and the short circuit of the reactor 2 can be detected with a simpler configuration.

なお、図7(a)において、2回の強制短絡動作(図のA1、A2)は、いずれも交流電圧1の瞬時電圧の絶対値が等しくなる電圧位相にて行っているが、1回目よりも2回目の短絡期間を長くすることで徐々に電流値が高くなっている。   In FIG. 7A, the two forced short-circuit operations (A1 and A2 in the figure) are performed at a voltage phase in which the absolute value of the instantaneous voltage of AC voltage 1 is equal, but from the first time. However, the current value is gradually increased by extending the second short-circuit period.

しかしながら、いずれの時点においてもスイッチング手段4に流れる電流が十分に小さいことから、リアクタ2は正常と判定され、図示していないが、この後、力率改善のためのスイッチング動作が開始され、図6に示す入力電流波形にて動作を継続する。   However, since the current flowing through the switching means 4 is sufficiently small at any time point, the reactor 2 is determined to be normal and is not shown, but thereafter, a switching operation for power factor improvement is started. The operation is continued with the input current waveform shown in FIG.

図7(b)は、リアクタのインダクタンス値が正規の値よりも低い場合の各部の波形である。   FIG. 7B is a waveform of each part when the inductance value of the reactor is lower than a normal value.

2回の強制短絡動作(図のB1、B2)は、いずれも交流電圧1の瞬時電圧の絶対値が等しくなる電圧位相にて行っているが、1回目よりも2回目の短絡期間を長くすることで徐々に電流値が高くなっており、2回目で基準電流値を超えたため、リアクタ2のインダクタンス値は低いと判断し、図示していないが、この後、スイッチング動作へは移行せずに保護停止させる。   The two forced short-circuit operations (B1 and B2 in the figure) are performed at a voltage phase where the absolute value of the instantaneous voltage of the AC voltage 1 is equal, but the second short-circuit period is longer than the first. Since the current value gradually increased and exceeded the reference current value at the second time, it was determined that the inductance value of the reactor 2 was low, and although not shown in the figure, after this, the transition to the switching operation was not performed. Stop protection.

また、2回の強制短絡動作のうち、1回目の短絡期間は、スイッチング手段4の短絡耐量以下に設定されているため、リアクタ2がデッドショート状態にあってもスイッチング手段4が破壊することはない。   Also, since the first short-circuit period of the two forced short-circuit operations is set to be equal to or shorter than the short-circuit withstand capability of the switching means 4, the switching means 4 can be destroyed even if the reactor 2 is in a dead short state. Absent.

さらに、2回目の短絡期間と1回目の短絡期間の比を、例えば、スイッチング手段4に流し得るピーク電流の最大電流値Ipmaxと電流検出手段3によって検出された電流値の大きさの比以下の値に設定することにより、スイッチング手段4に流れる電流の大きさをIpmax以下に抑えることができるため、2回目の短絡期間については、スイッチング手段4の短絡耐量以上の時間に設定することも可能である。   Furthermore, the ratio between the second short-circuit period and the first short-circuit period is, for example, equal to or less than the ratio of the maximum current value Ipmax of the peak current that can be passed through the switching means 4 and the magnitude of the current value detected by the current detection means 3. Since the magnitude of the current flowing through the switching means 4 can be suppressed to Ipmax or less by setting the value, the second short-circuit period can be set to a time longer than the short-circuit tolerance of the switching means 4. is there.

以上のように、本実施の形態における直流電源装置は、複数回の強制短絡動作を行う際に、徐々に短絡期間を長くすることで、リアクタ2が完全にショート状態に近くなるほど、短い短絡期間でリアクタのインダクタンス異常を検出できるので、スイッチング手段4に過大な電流を流さずに保護動作を行うことができ、その結果、スイッチング手段4に、さらに定格電流の小さなスイッチング素子を用いることが可能となる。   As described above, the direct-current power supply device according to the present embodiment has a short-circuiting period that becomes shorter as the reactor 2 becomes almost short-circuited by gradually increasing the short-circuiting period when performing a plurality of forced short-circuiting operations. Can detect an abnormality in the inductance of the reactor, so that a protective operation can be performed without passing an excessive current through the switching means 4, and as a result, a switching element with a smaller rated current can be used for the switching means 4. Become.

また、本実施の形態の直流電源装置においても、実施の形態1と同様に、力率改善のためのスイッチング手段4のスイッチング動作を開始した後、所定の時間間隔毎に、交流電源1の所定の電圧位相において、強制短絡動作を行って基準電流値と比較して短絡検知を行うことで、運転中も継続してリアクタ2のインダクタンス値の異常検知をすることが可能である。   Also in the DC power supply device of the present embodiment, as in the first embodiment, after the switching operation of the switching means 4 for power factor improvement is started, the predetermined AC power supply 1 is set at predetermined time intervals. In this voltage phase, a forced short-circuit operation is performed and short-circuit detection is performed in comparison with the reference current value, so that it is possible to detect abnormality in the inductance value of the reactor 2 continuously during operation.

(実施の形態3)
図8は、本発明の実施の形態3における直流電源装置の構成を示す図である。
(Embodiment 3)
FIG. 8 is a diagram showing a configuration of a DC power supply device according to Embodiment 3 of the present invention.

図8に示すように、本実施の形態における直流電源装置は、交流電源1に直列に接続された整流回路5と、整流回路5の正極側の直流出力端に接続されたリアクタ2と、リアクタ2の他端と整流回路5の負極側の直流出力端との間に接続されて、交流電源1をリアクタ2を介して短絡・開放するスイッチング手段4およびスイッチング手段4を流れる電流を検出する電流検出手段3と、整流回路5の直流出力端間に接続されて交流電源1の瞬時電圧を検出する交流電圧検出手段13と、前記リアクタ2の他端にアノードが接続されたダイオード12と、ダイオード12のカソードと前記整流回路5の負極側の直流出力端との間に接続された平滑コンデンサ6を備えて負荷8に直流電圧を供給する。   As shown in FIG. 8, the DC power supply device according to the present embodiment includes a rectifier circuit 5 connected in series to the AC power supply 1, a reactor 2 connected to a DC output terminal on the positive electrode side of the rectifier circuit 5, 2 is connected between the other end of the rectifier circuit 2 and the DC output terminal on the negative side of the rectifier circuit 5 to short-circuit / open the AC power supply 1 via the reactor 2 and a current for detecting a current flowing through the switching means 4 A detection means 3; an AC voltage detection means 13 connected between the DC output terminals of the rectifier circuit 5 to detect an instantaneous voltage of the AC power supply 1; a diode 12 having an anode connected to the other end of the reactor 2; A smoothing capacitor 6 connected between the cathode of 12 and the DC output terminal on the negative side of the rectifier circuit 5 is provided to supply a DC voltage to the load 8.

図9は、本実施の形態の直流電源装置におけるリアクタ2の短絡検知時の各部の波形である。   FIG. 9 is a waveform of each part at the time of short circuit detection of the reactor 2 in the DC power supply device of the present embodiment.

図9に示すように、本実施の形態における直流電源装置の制御手段10は、電源投入後、力率改善のためのスイッチング手段4のスイッチング動作を行う前に、予め記憶部10cに記憶された複数の交流電源1の電圧位相において、予め記憶部10cに記憶された所定の期間ずつ、スイッチング手段4の強制短絡を行って、スイッチング手段4を流れる電流を電流検出手段3によって検出して、リアクタ2の状態を検知する。   As shown in FIG. 9, the control means 10 of the DC power supply apparatus according to the present embodiment is stored in the storage unit 10c in advance after the power is turned on and before performing the switching operation of the switching means 4 for power factor improvement. In the voltage phase of the plurality of AC power supplies 1, the switching means 4 is forcibly short-circuited for each predetermined period stored in the storage unit 10 c in advance, and the current flowing through the switching means 4 is detected by the current detection means 3. 2 state is detected.

図9は、リアクタ2のインダクタンス値が正常値よりも低い場合の例であり、3回目の強制短絡時(図のA3)において基準電流値を超える電流値を検出したため、強制短絡動作を打ち切るとともに、保護動作状態となって、力率改善のためのスイッチング動作を開始しない様子を示している。   FIG. 9 shows an example in which the inductance value of the reactor 2 is lower than the normal value. Since a current value exceeding the reference current value is detected at the third forced short circuit (A3 in the figure), the forced short circuit operation is terminated. It shows a state in which the switching operation for power factor improvement is not started in the protection operation state.

なお、基準電流値は、交流電源1の電圧に応じて補正される。   The reference current value is corrected according to the voltage of the AC power supply 1.

例えば、定格交流電圧が100Vの商品において、実効値が110V相当の交流電圧を検出した場合、記憶部10cに記憶されている基準電流値を1.1倍した値を補正後の基準電流値とするように、交流電源1の電源電圧に比例して調整される。   For example, in a product with a rated AC voltage of 100V, when an AC voltage with an effective value equivalent to 110V is detected, a value obtained by multiplying the reference current value stored in the storage unit 10c by 1.1 is defined as a corrected reference current value. As described above, the voltage is adjusted in proportion to the power supply voltage of the AC power supply 1.

以上の制御を行うことにより、リアクタ2の強制短絡時における電流検出時において、交流電源1の電圧ばらつきによる影響をキャンセルすることができるため、リアクタ2の短絡検知精度を高めることができる。   By performing the above control, it is possible to cancel the influence due to the voltage variation of the AC power supply 1 at the time of current detection when the reactor 2 is forcibly short-circuited, so that the short-circuit detection accuracy of the reactor 2 can be improved.

なお、本実施の形態においては、基準電流値を短絡時の交流電圧位相によらず一定としたが、交流電源1の瞬時電圧の絶対値が低い電圧位相における基準電流値ほど低い値に設定し、瞬時電圧の絶対値が高い電圧位相における基準電流値ほど高く設定することによって、交流電源1の瞬時電圧の絶対値が低い電圧位相にてリアクタ2のインダクタンスの異常を検出することができるので、リアクタ2のレアショート時において、スイッチング手段4に流れる電流値をより低く抑制することが可能となる。   In the present embodiment, the reference current value is constant regardless of the AC voltage phase at the time of the short circuit, but the reference current value in the voltage phase where the absolute value of the instantaneous voltage of the AC power supply 1 is low is set to a lower value. By setting a higher reference current value in a voltage phase where the absolute value of the instantaneous voltage is higher, an abnormality in the inductance of the reactor 2 can be detected in a voltage phase where the absolute value of the instantaneous voltage of the AC power supply 1 is lower. When the reactor 2 is short-circuited, the value of the current flowing through the switching means 4 can be further suppressed.

以上のように、本実施の形態における直流電源装置は、複数回、スイッチング手段4の強制短絡動作を行う際、回数を追う毎に、交流電源1の瞬時電圧の絶対値が高くなる電圧位相において短絡動作を行うことによって、リアクタ2のインダクタンス異常時に、スイッチング手段4に流れる電流をさらに抑制しつつ、装置の保護を行うことができる。   As described above, in the DC power supply device according to the present embodiment, when the forced short-circuit operation of the switching means 4 is performed a plurality of times, the absolute value of the instantaneous voltage of the AC power supply 1 increases every time the number of times is increased. By performing the short-circuit operation, the device can be protected while further suppressing the current flowing through the switching means 4 when the inductance of the reactor 2 is abnormal.

また、本実施の形態の直流電源装置においても、実施の形態1および2と同様に、力率
改善のためのスイッチング手段4のスイッチング動作を開始した後、所定の時間間隔毎に、交流電源1の所定の電圧位相において、強制短絡動作を行って基準電流値と比較して短絡検知を行うことで、運転中も継続してリアクタ2のインダクタンス値の異常検知をすることが可能である。
Also in the DC power supply device of the present embodiment, as in the first and second embodiments, after the switching operation of the switching means 4 for power factor improvement is started, the AC power supply 1 is provided at predetermined time intervals. By performing a forced short-circuit operation at a predetermined voltage phase and performing short-circuit detection in comparison with the reference current value, it is possible to detect abnormality in the inductance value of the reactor 2 continuously during operation.

以上のように、本発明にかかる直流電源装置は、レアショートなどのリアクタのインダクタンス異常を、電源投入後、スイッチング動作を行う前に検出し、また、スイッチング動作開始後も、簡単な構成にて、スイッチング手段に負荷をかけることなく保護停止させることができるものであり、空気調和機や冷蔵庫、洗濯機など、交流電源によって電力供給されるほぼすべての電化製品への用途に適用できる。   As described above, the DC power supply device according to the present invention detects an abnormality in the inductance of the reactor such as a short circuit after the power is turned on before performing the switching operation, and with a simple configuration even after the switching operation is started. The protection means can be stopped without applying a load to the switching means, and can be applied to almost all electric appliances that are supplied with power by an AC power source such as an air conditioner, a refrigerator, and a washing machine.

1 交流電源
2 リアクタ
3 電流検出手段
4 スイッチング手段
5 整流回路
6 平滑コンデンサ
7 コンデンサ
8 負荷
9 交流電圧位相検出手段
10 制御部
10a 駆動信号生成部
10b リアクタ短絡検知部
10c 記憶部
DESCRIPTION OF SYMBOLS 1 AC power supply 2 Reactor 3 Current detection means 4 Switching means 5 Rectifier circuit 6 Smoothing capacitor 7 Capacitor 8 Load 9 AC voltage phase detection means 10 Control part 10a Drive signal generation part 10b Reactor short-circuit detection part 10c Storage part

Claims (14)

少なくとも交流電源の半周期に1回以上、スイッチング手段を用いて、交流電源をリアクタを介して短絡・開放し、交流電源からの交流電圧を直流電圧に変換する直流電源装置において、交流電源の電圧位相検出手段と、リアクタもしくはスイッチング手段を流れる電流を検出する電流検出手段とを備え、電源投入時からスイッチング手段による力率改善のためのスイッチング動作を開始するまでの間に、所定の短絡期間だけスイッチング手段を短絡動作させるものであって、前記短絡動作は複数回行われ、回数を追うごとに、交流電源の瞬時電圧の絶対値が高くなる電圧位相にて行われるものであり、短絡動作時に前記電流検出手段によって検出される電流値の大きさが予め定められた基準電流値を超えた場合に、前記力率改善のためのスイッチング動作を行わないことを特徴とする直流電源装置。 At least once in a half cycle of the AC power supply, using a switching means, the AC power supply is short-circuited / opened through the reactor, and the AC power supply voltage is converted into a DC voltage from the AC power supply. Phase detection means and current detection means for detecting the current flowing through the reactor or switching means, and only during a predetermined short-circuit period from when the power is turned on until the switching operation for power factor improvement by the switching means is started a shall be shorted operate the switching means, the short operations are performed multiple times, with each passing times, which the absolute value of the instantaneous voltage of the AC power supply is performed in higher becomes the voltage phase, a short circuit operation if at the magnitude of the current value detected by said current detecting means exceeds a reference current value set in advance, the scan for the power factor correction DC power supply apparatus characterized by not perform etching operation. 少なくとも交流電源の半周期に1回以上、スイッチング手段を用いて、交流電源をリアクタを介して短絡・開放し、交流電源からの交流電圧を直流電圧に変換する直流電源装置において、交流電源の電圧位相検出手段と、リアクタもしくはスイッチング手段を流れる電流を検出する電流検出手段とを備え、電源投入時からスイッチング手段による力率改善のためのスイッチング動作を開始するまでの間に、所定の短絡期間だけスイッチング手段を短絡動作させるものであって、前記短絡動作は複数回行われ、回数を追うごとに、短絡期間を長くするものであり、短絡動作時に前記電流検出手段によって検出される電流値の大きさが予め定められた基準電流値を超えた場合に、前記力率改善のためのスイッチング動作を行わないことを特徴とする直流電源装置。At least once in a half cycle of the AC power supply, using a switching means, the AC power supply is short-circuited / opened through the reactor, and the AC power supply voltage is converted into a DC voltage from the AC power supply. Phase detection means and current detection means for detecting the current flowing through the reactor or switching means, and only during a predetermined short-circuit period from when the power is turned on until the switching operation for power factor improvement by the switching means is started The switching means is short-circuited. The short-circuiting operation is performed a plurality of times, and the short-circuiting period is lengthened every time the number of times is increased, and the current value detected by the current detection means during the short-circuiting operation is large. When the power exceeds a predetermined reference current value, the switching operation for power factor improvement is not performed. DC power supply. 前記短絡動作において、少なくとも2回以上、電流検出手段によって検出される電流値が予め定められた基準電流値を超えた場合に、前記力率改善のためのスイッチング動作を行わないことを特徴とする請求項1または2に記載の直流電源装置。 In the short-circuit operation, the switching operation for power factor improvement is not performed when the current value detected by the current detection means exceeds a predetermined reference current value at least twice or more. The DC power supply device according to claim 1 or 2. 前記短絡動作は、交流電源の正負両方の極性において、少なくとも1回以上行われることを特徴とする請求項1〜3のいずれか1項に記載の直流電源装置。 The DC power supply device according to any one of claims 1 to 3, wherein the short-circuit operation is performed at least once in both positive and negative polarities of the AC power supply. 前記基準電流値は、回数を追うごとに大きな値に設定されることを特徴とする請求項に記載の直流電源装置。 2. The DC power supply device according to claim 1 , wherein the reference current value is set to a large value every time the number of times is increased. 前記基準電流値は、回数を追うごとに大きな値に設定されることを特徴とする請求項に記載の直流電源装置。 3. The DC power supply device according to claim 2 , wherein the reference current value is set to a large value every time the number of times is increased. 交流電源の電圧検出手段を備え、前記短絡動作時における交流電源の瞬時電圧の絶対値が高くなるほど、前記基準電流値を高い値とすることを特徴とする請求項1〜3のいずれか1項に記載の直流電源装置。 Comprising a voltage detecting means of the AC power supply, as the absolute value increases the instantaneous voltage of the AC power supply at the time of the short operation, any one of claims 1 to 3, characterized in that a high value of the reference current value The direct current power supply device described in 1. 少なくとも1回目の短絡動作における前記短絡期間は、スイッチング手段を構成するスイッチング素子の短絡耐量以下の時間に設定されることを特徴とする請求項1〜3のいずれか1項に記載の直流電源装置。 The DC power supply device according to any one of claims 1 to 3, wherein the short-circuit period in at least the first short-circuit operation is set to a time equal to or shorter than a short-circuit tolerance of a switching element constituting the switching means. . 前記電圧位相検出手段は、フォトカプラを用いて構成されることを特徴とする請求項1〜3のいずれか1項に記載の直流電源装置。 The DC power supply device according to any one of claims 1 to 3, wherein the voltage phase detection means is configured using a photocoupler. 前記基準電流値は、通常動作時においてスイッチング手段に流れる最大電流値よりも低く設定されることを特徴とする請求項1〜3のいずれか1項に記載の直流電源装置。 The DC power supply device according to any one of claims 1 to 3, wherein the reference current value is set lower than a maximum current value flowing through the switching means during normal operation. 前記短絡動作時の電流検出は、短絡期間内の1回のAD変換によって行われることを特徴とする請求項1〜3のいずれか1項に記載の直流電源装置。 4. The DC power supply device according to claim 1, wherein the current detection during the short-circuit operation is performed by one AD conversion within a short-circuit period. 前記短絡動作において、全短絡動作の中に、短絡動作を開始する交流電源の瞬時電圧の絶対値および短絡期間を同一とする短絡動作が含まれることを特徴とする請求項1〜3のいずれか1項に記載の直流電源装置。 4. The short circuit operation according to claim 1, wherein the short circuit operation includes a short circuit operation in which the absolute value of the instantaneous voltage and the short circuit period of the AC power supply for starting the short circuit operation are the same . The direct-current power supply device according to item 1 . 前記短絡動作終了後、力率改善のためのスイッチング動作を開始した後も、所定の期間内に少なくとも1回、予め定められた交流電源の電圧位相もしくは予め定められた交流電源の瞬時電圧の絶対値となる電圧位相にて所定の短絡期間だけスイッチング手段を短絡動作させ、短絡動作時に前記電流検出手段によって検出される電流値の大きさが予め定められた基準電流値を超えた場合に、力率改善のためのスイッチング動作を停止することを特徴とする請求項1〜3のいずれか1項に記載の直流電源装置。 After the short-circuit operation is completed, after the switching operation for improving the power factor is started, at least once in a predetermined period, the voltage phase of the predetermined AC power supply or the absolute voltage of the predetermined AC power supply instantaneous voltage is absolute. when the value a becomes the voltage is short-circuited operate the switching means for a predetermined short time period by the phase, magnitude of the current value detected exceeds the reference current value set in advance by the current detecting means during a short circuit operation, the force The DC power supply device according to any one of claims 1 to 3, wherein a switching operation for rate improvement is stopped. 前記短絡動作は、交流電源のゼロクロス点付近にて行われることを特徴とする請求項13に記載の直流電源装置。 The DC power supply device according to claim 13 , wherein the short-circuit operation is performed near a zero cross point of an AC power supply.
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