JP6808471B2 - 初期充電装置及び負荷駆動システム - Google Patents

Description

本発明は、初期充電装置及び負荷駆動システムに関する。

従来の負荷駆動装置において、直流電圧を交流電圧に変換する電力変換器の直流側に平滑コンデンサが接続されているが、該平滑コンデンサが充電されていない状態で主電源が起動すると突入電流が発生することが知られている。このような初期充電時の突入電流を抑制するために、特許文献１には、負荷駆動装置の主電源からの電力を変圧器、充電抵抗、ダイオードブリッジ回路等を通して平滑コンデンサに充電する初期充電装置が開示されている。

また、図８に示すように従来の負荷駆動システム９においては、単相交流電源５の各出力端に遮断器２１が接続されている。遮断器２１が短絡状態となっている場合に、単相交流電源５から出力された交流電力が、該交流電力の電圧を降圧する変圧器２７、及び初期充電が完了した後に短絡状態となる電磁接触器２８を介して、コンバータ２２に入力される。

コンバータ２２は、交流電力を直流電力に変換し、変換した直流電圧を、平滑コンデンサ２３を介して電力変換器２４に出力する。電力変換器２４は、コンバータ２２から出力された直流電力を交流電力に変換して、負荷４に供給する。

初期充電装置３には、遮断器２１と変圧器２７との間の二線から引き出された、単相交流電源５による交流電力が入力される。そして、変圧器３６が、入力された交流電圧を降圧する。電磁接触器３７は、変圧器３６の一方の出力端と変圧器３９の一方の入力端との間、及び変圧器３６の他方の出力端と変圧器３９の他方の入力端との間に接続される。電磁接触器３７が短絡状態となると、変圧器３６によって降圧された交流電力が突入電流を抑制する制限抵抗器３８を介して変圧器３９に入力される。また、電磁接触器３７は、初期充電が完了した後に開放状態となり、初期充電装置３を負荷駆動装置２から電気的に切り離す。

変圧器３９は、初期充電の間、変圧器３６によって降圧された交流電力を昇圧して整流器４０に出力する。整流器４０は、変圧器３９によって昇圧された交流電力を直流電力に変換して、負荷駆動装置２の平滑コンデンサ２３の両端に直流電圧を印加する。

このような構成で負荷駆動システム９が動作し始める場合、まず、遮断器２１を短絡状態、電磁接触器２８を開放状態、電磁接触器３７を短絡状態として平滑コンデンサ２３を初期充電する。そして、初期充電が完了した後に電磁接触器２８を短絡状態とし、電磁接触器３７を開放状態とすることによって、コンバータ２２、電力変換器２４等を用いて負荷４へ電力を供給する。

特開平７−２７４５２９号公報

上記の従来技術のような初期充電装置においては、単相交流電源から出力される電圧が高い場合に、耐電圧を強化するために初期充電装置の電磁接触器が大型化し、これに伴い初期充電装置が大型化するという課題がある。

かかる事情に鑑みてなされた本発明の目的は、大型化を伴わずに、負荷駆動装置の突入電流を抑制することができる初期充電装置及び負荷駆動システムを提供することにある。

上述した課題を解決すべく、本発明に係る初期充電装置は、交流電力を直流電力に変換するコンバータと、前記直流電力を平滑化する平滑コンデンサと、を備える負荷駆動装置を初期充電する初期充電装置であって、前記交流電力に係る交流電流を一方向にのみ流す整流器と、前記整流器を制御する制御部と、を備え、前記制御部は、前記平滑コンデンサの直流電圧値を検出する直流電圧検出回路と、前記初期充電によって前記平滑コンデンサに印加する電圧の値である基準電圧値を出力する基準電圧回路と、前記交流電力に係る交流電圧の位相を検出する位相検出回路と、前記直流電圧値及び前記基準電圧値を比較して比較結果信号を出力する比較器と、前記比較結果信号及び前記位相に基づいて、前記整流器を制御する制御回路と、を含み、前記整流器はサイリスタを含み、前記初期充電装置は、前記サイリスタのゲートの電流を制御する電流制御回路をさらに備え、前記制御回路は、前記直流電圧値が前記基準電圧値より低く、かつ前記位相が所定の範囲内に含まれる場合にのみ、前記交流電流を前記サイリスタに一方向に流すよう前記電流制御回路に制御信号を出力することを特徴とする。

上述した課題を解決すべく、本発明に係る初期充電装置は、交流電力を直流電力に変換するコンバータと、前記直流電力を平滑化する平滑コンデンサと、を備える負荷駆動装置を初期充電する初期充電装置であって、前記交流電力に係る交流電流を一方向にのみ流す整流器と、前記整流器を制御する制御部と、を備え、前記制御部は、前記平滑コンデンサの直流電圧値を検出する直流電圧検出回路と、前記初期充電によって前記平滑コンデンサに印加する電圧の値である基準電圧値を出力する基準電圧回路と、前記交流電力に係る交流電圧の位相を検出する位相検出回路と、前記直流電圧値及び前記基準電圧値を比較して比較結果信号を出力する比較器と、前記比較結果信号及び前記位相に基づいて、前記整流器を制御する制御回路と、を含み、前記整流器は、トランジスタを含み、前記初期充電装置は、前記トランジスタのゲート電圧を制御する電圧制御回路をさらに備え、前記制御回路は、前記直流電圧値が前記基準電圧値より低く、かつ前記位相が所定の範囲内に含まれる場合にのみ、前記交流電流を前記トランジスタに一方向に流すよう前記電圧制御回路に制御信号を出力することを特徴とする。

また、本発明に係る初期充電装置において、前記初期充電装置は、前記比較結果信号に基づいて前記負荷駆動装置の前記交流電力を供給する交流電源と前記コンバータとの間を短絡したり、開放したりする遮断器を制御する遮断器制御回路をさらに備えることを特徴とする。

また、本発明に係る負荷駆動システムは、負荷を駆動する負荷駆動装置と、上記の初期充電装置と、を備える負荷駆動システムであって、前記負荷駆動装置は、前記交流電力を直流電力に変換するコンバータと、前記直流電力を平滑化する平滑コンデンサと、を備えることを特徴とする。

本発明によれば、大型化を伴わずに、負荷駆動装置の突入電流を抑制することが可能となる。

第１の実施形態に係る負荷駆動システムの構成例を示すブロック図である。 図１に示す制御部の詳細な構成例を示すブロック図である。 交流電源からの交流電圧、比較結果信号、平滑コンデンサの電圧、及び位相信号の時間変化を示す図である。 第２の実施形態に係る負荷駆動システムの構成例を示すブロック図である。 図４に示す制御部の詳細な構成例を示すブロック図である。 第１の実施形態の変形例に係る負荷駆動システムの構成例を示すブロック図である。 第２の実施形態の変形例に係る負荷駆動システムの構成例を示すブロック図である。 従来の負荷駆動システムの構成例を示すブロック図である。

以下、本発明の第１の実施形態について、図面を参照して説明する。

図１は、第１の実施形態に係る負荷駆動システム１の構成例を示すブロック図である。図１に示す例では、負荷駆動システム１は、負荷駆動装置２、初期充電装置３、負荷４、及び単相交流電源５を備える。

負荷駆動装置２は、負荷４に電力を供給することによって、負荷４を駆動する。負荷駆動装置２は、遮断器２１、コンバータ２２、平滑コンデンサ２３、及び電力変換器２４を備える。また、負荷駆動装置２は、単相交流電源５から電力を供給される。

遮断器２１は、単相交流電源５とコンバータ２２との間を短絡したり、開放したりする。遮断器２１は、２つの遮断部２１ａ及び２１ｂを含んで構成され、遮断部２１ａは、単相交流電源５の一方の出力端と、コンバータ２２の一方の入力端との間に設置される。また、遮断部２１ｂは、単相交流電源５の他方の出力端と、コンバータ２２の他方の入力端との間に設置される。

遮断器２１は、初期充電装置３から出力された遮断信号に基づいて動作する。具体的には、遮断器２１は、初期充電装置３から遮断信号として開放動作信号が出力された場合、単相交流電源５とコンバータ２２とを開放する。また、遮断器２１は、初期充電装置３から遮断信号として短絡動作信号が出力された場合、単相交流電源５とコンバータ２２とを短絡する。

コンバータ２２は、遮断器２１を介して供給された単相交流電力を直流電力に変換する。

平滑コンデンサ２３は、コンバータ２２によって変換された直流電圧のリップルを抑え、より直流に近くなるように平滑化する。

電力変換器２４は、コンバータ２２によって交流電力から直流電力に変換され、平滑コンデンサ２３によって平滑化された直流電力を交流電力に変換する。また、電力変換器２４は、変換した交流電力を負荷４に出力する。

初期充電装置３は、単相交流電源５から出力された交流電流を一方向のみに流すことによって平滑コンデンサ２３を蓄電する。初期充電装置３は、整流器３１、制限抵抗器３２、及び制御部３３を備える。

整流器３１は、平滑コンデンサ２３の一方の端部が他方の端部より常に高電位となるように、単相交流電源５から出力された交流電流が一方向のみに流れるように整流する。整流器３１は、第１のサイリスタ３１ａ及び第２のサイリスタ３１ｂを備える。第１のサイリスタ３１ａ及び第２のサイリスタ３１ｂは、それぞれ遮断器２１及びコンバータ２２に並列に接続される。

図１に示す例では、第１のサイリスタ３１ａは、単相交流電源５の一方の出力端及び遮断部２１ａの間と、平滑コンデンサ２３の一方の端部との間に制限抵抗器３２を介して接続される。このとき、第１のサイリスタ３１ａのアノードが、単相交流電源５の一方の出力端及び遮断部２１ａの間と接続され、第１のサイリスタ３１ａのカソードが、制限抵抗器３２を介して平滑コンデンサ２３の一方の端部と接続される。また、第２のサイリスタ３１ｂは、単相交流電源５の他方の出力端及び遮断部２１ｂの間と、平滑コンデンサ２３の他方の端部との間に接続される。このとき、第２のサイリスタ３１ｂのアノードが平滑コンデンサ２３の他方の端部と接続され、第１のサイリスタ３１ａのカソードが単相交流電源５の他方の出力端及び遮断部２１ａの間と接続される。

また、第１のサイリスタ３１ａ及び第２のサイリスタ３１ｂそれぞれのゲートは制御部３３に接続され、制御部３３の制御によって、ゲートとカソードとの間に電流を流す。

制限抵抗器３２は、単相交流電源５から整流器３１を通して平滑コンデンサ２３に電流を流すことによって、平滑コンデンサ２３に充電を開始したときに発生する突入電流を抑制する抵抗器である。

制御部３３は、第１のサイリスタ３１ａ及び第２のサイリスタ３１ｂのゲートに流す電流を制御することによって、単相交流電源５からの交流電力によって平滑コンデンサ２３が初期充電されるよう制御する。図２に示すように、制御部３３は、直流電圧検出回路３３１、外部入力回路３３２、基準電圧回路３３３、比較器３３４、電源位相検出回路３３５、制御回路３３６、電流制御回路３３７、及び遮断器制御回路３３８を備える。

ここで、図３を参照して、制御部３３が備える各回路及び比較器３３４について詳細に説明する。

直流電圧検出回路３３１は、図３（ａ）に示すように、平滑コンデンサ２３に印加された電圧の値である直流電圧値Ｖ_Ｂを検出する。

外部入力回路３３２は、初期充電の開始を指示するための指示信号が外部（例えば、他の装置、ユーザ操作）から入力されると、入力された指示信号を基準電圧回路３３３に出力する。

基準電圧回路３３３は、外部入力回路３３２から指示信号が出力されると、図３（ａ）に示すように、基準電圧値Ｖ_Ａを出力する。基準電圧値Ｖ_Ａとは、初期充電によって所定の電荷を蓄積するために平滑コンデンサ２３に印加する必要のある電圧の値である。

比較器３３４は、直流電圧検出回路３３１によって検出された直流電圧値Ｖ_Ｂと、基準電圧回路３３３によって出力された基準電圧値Ｖ_Ａとを比較する。そして、比較器３３４は、直流電圧値Ｖ_Ｂと基準電圧値Ｖ_Ａとの比較結果を表す比較結果信号を制御回路３３６に出力する。

具体的には、図３（ｂ）に示すように、比較器３３４は、直流電圧値Ｖ_Ｂが基準電圧値Ｖ_Ａより低い場合、比較結果信号をＨＩＧＨにして制御回路３３６に出力し、直流電圧値Ｖ_Ｂが基準電圧値Ｖ_Ａ以上である場合、比較結果信号をＬＯＷにして制御回路３３６に出力する。

電源位相検出回路３３５は、単相交流電源５が出力する交流電圧の位相を検出する。そして、電源位相検出回路３３５は、検出した位相が所定の範囲内であるか否かを表す位相信号を制御回路３３６に出力する。

具体的には、電源位相検出回路３３５は、交流電圧値Ｖ_ａｃが正のときに位相信号をＨＩＧＨにし、交流電圧値Ｖ_ａｃが負のときに位相信号をＬＯＷにする。このとき、電源位相検出回路３３５による位相の検出には遅れが生じる。そのため、電源位相検出回路３３５は、実際には、図３（ｃ）に示すように交流電圧値Ｖ_ａｃが所定の閾値＋Ｖ_ｔｈ（Ｖ_ｔｈ≧０）より高くなってから、閾値−Ｖ_ｔｈになるまで継続して、図３（ｄ）に示すように位相信号をＨＩＧＨにする。また、電源位相検出回路３３５は、交流電圧値Ｖ_ａｃが閾値−Ｖ_ｔｈより低くなってから閾値＋Ｖ_ｔｈになるまで継続して位相信号をＬＯＷにする。

制御回路３３６は、比較器３３４によって出力された比較結果信号と、電源位相検出回路３３５によって出力された位相信号とに基づいて、単相交流電源５からの電流を平滑コンデンサ２３に向けて一方向に流すように電流制御回路３３７を制御する。そのため、制御回路３３６は、比較結果信号と位相信号とに基づいて制御信号を電流制御回路３３７に出力する。

具体的には、制御回路３３６は、単相交流電源５からの電流を第１のサイリスタ３１ａ及び第２のサイリスタ３１ｂが一方向に流すよう電流制御回路３３７に制御信号を出力する。すなわち、制御回路３３６は、図３（ｂ）に示すように、比較器３３４によって出力された比較結果信号がＨＩＧＨであるときに、図３（ｄ）に示すように、電源位相検出回路３３５によって出力された位相信号がＨＩＧＨであると、第１のサイリスタ３１ａ及び第２のサイリスタ３１ｂに単相交流電源５からの電流を流すための制御信号を出力する。

また、制御回路３３６は、比較器３３４によって出力された比較結果信号がＬＯＷであるとき、又は電源位相検出回路３３５によって出力された位相信号がＬＯＷであるとき、第１のサイリスタ３１ａ及び第２のサイリスタ３１ｂは自動的にＯＦＦになり、単相交流電源５からの電流が流れなくなる。なお、第１のサイリスタ３１ａ及び第２のサイリスタ３１ｂがＧＴＯサイリスタである場合は、電流制御回路３３７が第１のサイリスタ３１ａ及び第２のサイリスタ３１ｂをＯＦＦにするためにカソードからゲートに電流を流す。

電流制御回路３３７は、制御回路３３６によって出力された制御信号に基づいて、ゲートとカソードとの間に電流を流す制御を行う。具体的には、電流制御回路３３７は、制御回路３３６から第１のサイリスタ３１ａ及び第２のサイリスタ３１ｂに単相交流電源５からの電流を流すための制御信号が入力されると、第１のサイリスタ３１ａ及び第２のサイリスタ３１ｂのゲートからカソードに電流を流す。

ここで、上述の各回路及び比較器３３４における動作を図３に示す例で時間の経過順に説明する。

まず、時刻ｔ＝０以降、図３（ｃ）に示すように、単相交流電源５の交流電圧値Ｖ_ａｃは周期的に変化する。そして、ｔ＝ｔ１で交流電圧値Ｖ_ａｃが＋Ｖ_ｔｈ以上になると、図３（ｄ）に示すように、電源位相検出回路３３５は、位相信号をＨＩＧＨにし始める。さらに、時刻ｔ＝ｔ２で交流電圧値Ｖ_ａｃが−Ｖ_ｔｈ未満になると、電源位相検出回路３３５は、位相信号をＬＯＷにし始める。

一方、図３（ａ）に示すように、ｔ＝ｔ３になったとき、外部入力回路３３２に指示信号が入力されると、基準電圧回路３３３は基準電圧値Ｖ_Ａを出力する。このとき、直流電圧値Ｖ_Ｂが基準電圧値Ｖ_Ａより低いため、比較器３３４は、図３（ｂ）に示すように、比較結果信号をＨＩＧＨにして制御回路３３６に出力する。また、電源位相検出回路３３５は、図３（ｄ）に示すように位相信号をＬＯＷにして出力している。したがって、第１のサイリスタ３１ａ及び第２のサイリスタ３１ｂはＯＦＦのため、平滑コンデンサ２３に電荷が蓄積されず、図３（ａ）に示すように直流電圧値Ｖ_Ｂは０である。

時刻ｔ＝ｔ４になると、図３（ｃ）に示すように交流電圧値Ｖ_ａｃは閾値＋Ｖ_ｔｈ以上となるため、図３（ｄ）に示すように電源位相検出回路３３５は、位相信号をＨＩＧＨにして出力する。このとき、図３（ａ）に示すように直流電圧値Ｖ_Ｂが基準電圧値Ｖ_Ａより低いため、比較器３３４は、比較結果信号をＨＩＧＨにして制御回路３３６に出力している。したがって、制御回路３３６は、第１のサイリスタ３１ａ及び第２のサイリスタ３１ｂに単相交流電源５からの交流電流を流すための制御信号を電流制御回路３３７に出力する。そして、電流制御回路３３７はゲートからカソードへ電流を流す。そのため、平滑コンデンサ２３に電荷が蓄積され始め、図３（ａ）に示すように直流電圧値Ｖ_Ｂは曲線的に上昇する。

時刻ｔ＝ｔ５になると、図３（ｃ）に示すように交流電圧値Ｖ_ａｃは閾値−Ｖ_ｔｈ未満となるため、図３（ｄ）に示すように電源位相検出回路３３５は位相信号をＬＯＷにして出力する。このとき、図３（ａ）に示すように直流電圧値Ｖ_Ｂが基準電圧値Ｖ_Ａより低いため、比較器３３４は、比較結果信号をＨＩＧＨにして制御回路３３６に出力している。したがって、第１のサイリスタ３１ａ及び第２のサイリスタ３１ｂはＯＦＦのため、平滑コンデンサ２３に蓄積される電荷は増加せず、図３（ａ）に示すように直流電圧値Ｖ_Ｂは一定である。

時刻ｔ＝ｔ６になると、図３（ｃ）に示すようにふたたび交流電圧値Ｖ_ａｃは閾値＋Ｖ_ｔｈ以上となるため、図３（ｄ）に示すように電源位相検出回路３３５は、位相信号をＨＩＧＨにして出力する。このとき、図３（ａ）に示すように直流電圧値Ｖ_Ｂが基準電圧値Ｖ_Ａより低いため、比較器３３４は、比較結果信号をＨＩＧＨにして制御回路３３６に出力している。したがって、制御回路３３６は、第１のサイリスタ３１ａ及び第２のサイリスタ３１ｂに単相交流電源５からの交流電流を流すための制御信号を電流制御回路３３７に出力する。そして、電流制御回路３３７はゲートからカソードへ電流を流す。そのため、平滑コンデンサ２３に蓄積される電荷が増加し始め、図３（ａ）に示すように曲線的に直流電圧値Ｖ_Ｂは上昇する。

時刻ｔ＝ｔ７になると、図３（ａ）に示すように直流電圧値Ｖ_Ｂは基準電圧値Ｖ_Ａ以上となる。このため、比較器３３４は、図３（ｂ）に示すように比較結果信号をＬＯＷにして制御回路３３６に出力し始める。その後、時刻ｔ＝ｔ８で外部入力回路３３２に指示信号が入力されなくなるのに伴い、図３（ａ）に示すように基準電圧回路３３３は基準電圧値Ｖ_Ａを０として出力する。

さらに、時刻ｔ＝ｔ９で、図３（ｃ）に示すように交流電圧値Ｖ_ａｃが閾値−Ｖ_ｔｈ未満となると、図３（ｄ）に示すように電源位相検出回路３３５は、位相信号をＬＯＷにして出力し始める。したがって、第１のサイリスタ３１ａ及び第２のサイリスタ３１ｂはＯＦＦのため、平滑コンデンサ２３に蓄積される電荷は増加せず、図３（ａ）に示すように直流電圧値Ｖ_Ｂは基準電圧値Ｖ_Ａ以上の一定の値となる。

また、時刻ｔ＝ｔ１０〜ｔ１１においては、図３（ｃ）に示すようにふたたび交流電圧値Ｖ_ａｃは閾値＋Ｖ_ｔｈ以上となる。このため、図３（ｄ）に示すように、電源位相検出回路３３５は、位相信号をＨＩＧＨにして出力する。また、このとき、図３（ａ）に示すように直流電圧値Ｖ_Ｂが初期充電に要する基準電圧値Ｖ_Ａ以上であるため、比較器３３４は、比較結果信号をＬＯＷにして制御回路３３６に出力している。これにより、第１のサイリスタ３１ａ及び第２のサイリスタ３１ｂは引き続きＯＦＦにされる。このため、平滑コンデンサ２３に蓄積される電荷は増加せず、図３（ａ）に示すように直流電圧値Ｖ_Ｂは一定の値を維持する。

遮断器制御回路３３８は、比較器３３４によって出力された比較信号に基づいて、遮断信号を遮断器２１に出力する。具体的には、遮断器制御回路３３８は、比較器３３４から比較結果信号がＨＩＧＨとして出力された場合、遮断器２１を動作させるための短絡動作信号を遮断信号として出力する。また、遮断器制御回路３３８は、比較器３３４から比較結果信号がＬＯＷとして出力された場合、遮断器２１を停止させるための開放動作信号を遮断信号として出力する。

以上のように、第１の実施形態によれば、初期充電装置３は、負荷駆動装置２の平滑コンデンサ２３を初期充電するにあたって、従来の初期充電装置のような降圧用の変圧器３６、電磁接触器３７、及び昇圧用の変圧器３９を備える必要がない。そのため、初期充電装置３は、大型化を伴わずに突入電流を抑制することができる。

また、第１の実施形態によれば、制御部３３は、直流電圧値Ｖ_Ｂが基準電圧値Ｖ_Ａを比較した結果である比較結果信号に基づいて整流器３１に流れる電流を制御する。そのため、直流電圧値Ｖ_Ｂが基準電圧値Ｖ_Ａ以上となることによって平滑コンデンサ２３に所望の電荷が蓄積されると、初期充電装置３は、初期充電を終了させることができる。

また、制御部３３は、比較結果信号に基づいて遮断器制御回路３３８が負荷駆動装置２の遮断器２１を制御する。具体的には、制御部３３は、直流電圧値Ｖ_Ｂが基準電圧値Ｖ_Ａ以上となると、遮断器２１が単相交流電源５とコンバータ２２とを接続するよう制御する。そのため、直流電圧値Ｖ_Ｂが基準電圧値Ｖ_Ａ以上となる、すなわち平滑コンデンサ２３に所望の電荷が蓄積されると、負荷駆動装置２は、単相交流電源５から供給された交流電力を用いて、コンバータ２２、平滑コンデンサ２３、及び電力変換器２４が負荷４の駆動を開始することができる。

続いて、本発明の第２の実施形態について、図面を参照して説明する。

図４に示すように、第２の実施形態の負荷駆動システム６は、負荷駆動装置２、初期充電装置７、負荷４、及び単相交流電源５を備える。なお、第１の実施形態における負荷駆動システム１と同様の構成ブロックについては同一の参照符号を付して、適宜、説明を省略する。

また、図５に示すように、第２の実施形態の制御部３３は、第１の実施形態の制御部３３と同様に、直流電圧検出回路３３１、外部入力回路３３２、基準電圧回路３３３、比較器３３４、電源位相検出回路３３５、制御回路３３６、及び遮断器制御回路３３８を備えるが、電流制御回路３３７ではなく電圧制御回路３３９を備える点で異なる。

また、図４に示すように、第２の実施形態の初期充電装置７は、第１の実施形態の整流器３１とは異なる整流器３４を備える。整流器３４は、第１のサイリスタ３１ａ及び第２のサイリスタ３１ｂの代わりに、トランジスタとしてＩＧＢＴ（絶縁ゲートバイポーラトランジスタ：Insulated Gate Bipolar Transistor）をそれぞれ有する第１の整流器３４ａ及び第２の整流器３４ｂを含む点で第１の実施形態と異なる。

第１の整流器３４ａは、ＩＧＢＴ３４ａ１と、ＩＧＢＴ３４ａ１に逆並列に接続されたダイオード３４ａ２と、ＩＧＢＴ３４ａ１及びダイオード３４ａ２に直列に接続され、ＩＧＢＴ３４ａ１が電流を流す方向と同じ方向に電流を流すダイオード３４ａ３とを有する。ＩＧＢＴ３４ａ１は、ゲート電圧が印加されるとコレクタからエミッタに電流を流し、ダイオード３４ａ２は、ＩＧＢＴ３４ａ１に高い逆バイアス電圧が印加された場合に、短絡することによってＩＧＢＴ３４ａ１を保護する。

第２の整流器３４ｂは、第１の整流器３４ａと同様に、ＩＧＢＴ３４ｂ１と、ＩＧＢＴ３４ｂ１に逆並列に接続されたダイオード３４ｂ２と、ＩＧＢＴ３４ｂ１及びダイオード３４ｂ２に直列に接続され、ＩＧＢＴ３４ｂ１が電流を流す方向と同じ方向に電流を流すダイオード３４ｂ３とを有する。また、ＩＧＢＴ３４ｂ１は、ＩＧＢＴ３４ａ１と同様に、ゲート電圧が印加されるとコレクタからエミッタに電流を流し、ダイオード３４ｂ２は、ＩＧＢＴ３４ｂ１に高い逆バイアス電圧が印加された場合に短絡することによってＩＧＢＴ３４ｂ１を保護する。

第１の整流器３４ａ及び第２の整流器３４ｂは、遮断器２１及びコンバータ２２に並列に接続される。第１の整流器３４ａ及び第２の整流器３４ｂは、単相交流電源５から出力された交流電圧が、第１の整流器３４ａ及び第２の整流器３４ｂを介して平滑コンデンサ２３の両端に印加される場合、常に、平滑コンデンサ２３の一方の端部が他方の端部より高い電位となるように設置される。

具体的には、例えば、第１の整流器３４ａは、単相交流電源５の一方の出力端及び遮断部２１ａの間と、平滑コンデンサ２３の一方の端部との間に接続される。また、第２の整流器３４ｂは、単相交流電源５の他方の出力端及び遮断部２１ｂの間と、平滑コンデンサ２３の他方の端部との間に接続される。このとき、ＩＧＢＴ３４ａ１のコレクタが、単相交流電源５の一方の出力端及び遮断部２１ａの間と接続され、ＩＧＢＴ３４ａ１のエミッタが、ダイオード３４ａ３及び制限抵抗器３２を介して、平滑コンデンサ２３の一方の端部と接続される。そして、ＩＧＢＴ３４ｂ１のコレクタが平滑コンデンサ２３の他方の出力端と接続され、ＩＧＢＴ３４ａ１のエミッタが、ダイオード３４ｂ３を介して単相交流電源５の他方の出力端及び遮断部２１ａの間と接続される。

制御回路３３６は、比較器３３４によって出力された比較結果信号と、電源位相検出回路３３５によって出力された位相信号とに基づいて、単相交流電源５からの電流を第１の整流器３４ａ及び第２の整流器４ｂに一方向に流すよう電圧制御回路３３９に制御信号を出力する。そのため、制御回路３３６は、比較結果信号と位相信号とに基づいて制御信号を電圧制御回路３３９に出力する。

電圧制御回路３３９は、制御回路３３６によって出力された制御信号に基づいて、ＩＧＢＴ３４ａ１及びＩＧＢＴ３４ｂ１に印加するゲート電圧を制御する。

具体的には、電圧制御回路３３９は、制御回路３３６によって出力された制御信号に基づいて、ゲートとカソードとの間にゲート電圧を印加する。具体的には、電圧制御回路３３９は、制御回路３３６から第１の整流器３４ａ及び第２の整流器３４ｂに単相交流電源５からの電流を流すための制御信号が入力されると、第１の整流器３４ａ及び第２の整流器３４ｂのゲートがエミッタより高電位となるようにゲート電圧を印加する。また、電圧制御回路３３９は、制御回路３３６から第１のサイリスタ３１ａ及び第２のサイリスタ３１ｂに単相交流電源５からの電流を流さないための制御信号が入力されると、第１のサイリスタ３１ａ及び第２のサイリスタ３１ｂのゲートがエミッタより低電位となるようにゲート電圧を印加する。

以上のように、第２の実施形態によれば、初期充電装置７は、負荷駆動装置２の平滑コンデンサ２３を初期充電するにあたって、従来の初期充電装置のような降圧用の変圧器３６、電磁接触器３７、及び昇圧用の変圧器３９を備える必要がない。そのため、初期充電装置７は、大型化を伴わずに突入電流を抑制することができるという第１の実施形態と同様の効果を奏する。

また、第２の実施形態においては、初期充電装置７は、ＩＧＢＴ３４ａ１及びＩＧＢＴ３４ｂ１を含む整流器３４を備えるが、これに限られない。例えば、図７に示すように、初期充電装置７は整流器３５を備え、整流器３５はＩＧＢＴ３４ａ１及びＩＧＢＴ３４ｂ１それぞれの代わりにＭＯＳＦＥＴ（金属-酸化物-半導体接合電界効果トランジスタ：Metal-oxide-semiconductor Field Effect Transistor）３５ａ１及びＭＯＳＦＥＴ３５ｂ１を含んでもよい。また、整流器３５は、Ｓｉｃ（シリコンカーバイド）ＭＯＳＦＥＴ等のスイッチング機能を有する任意の素子を含むことができる。

また、上述の実施形態においては、直流電力を交流電力に変換する電力変換器２４を備え、電力変換器２４が交流電力を負荷４に供給したが、この限りではない。例えば、負荷駆動装置２は電力変換器２４の代わりにＤＣ／ＤＣコンバータを備え、ＤＣ／ＤＣコンバータは直流電力を蓄電装置に供給するとしてもよい。

また、上述の実施形態においては、比較器３３４は、直流電圧値Ｖ_Ｂが基準電圧値Ｖ_Ａより低い場合、比較結果信号をＨＩＧＨにして制御回路３３６に出力し、直流電圧値Ｖ_Ｂが基準電圧値Ｖ_Ａ以上である場合、比較結果信号をＬＯＷにして制御回路３３６に出力するとしたが、この限りではない。例えば、比較器３３４は、直流電圧値Ｖ_Ｂが基準電圧値Ｖ_Ａより低い場合、比較結果信号をＬＯＷにして制御回路３３６に出力し、直流電圧値Ｖ_Ｂが基準電圧値Ｖ_Ａ以上である場合、比較結果信号をＨＩＧＨにして制御回路３３６に出力するとしてもよい。この場合、制御回路３３６は、比較器３３４によって出力された比較結果信号がＬＯＷであるときに、電源位相検出回路３３５によって出力された位相信号がＨＩＧＨになると、第１のサイリスタ３１ａ及び第２のサイリスタ３１ｂに単相交流電源５からの電流を流すような制御信号を出力する。

また、上述の実施形態においては、負荷駆動システム１は単相交流電源５を備えるが、図６に示すように、単相交流電源５の代わりに三相交流電源（交流電源）８を備えてもよい。この場合、遮断器２１は、３つの遮断部２１ａ、２１ｂ、及び２１ｃを含んで構成され、それぞれは三相交流電源８の３つの出力端の１つと、コンバータ２２の３つの入力端の１つとの間に接続される。また、整流器３１は、三相交流電源８から出力された三相の交流電力のうち一相の交流電力が入力されるように設置される。

本発明を図面及び実施形態に基づき説明してきたが、当業者であれば本開示に基づき種々の変形又は修正を行うことが容易であることに注意されたい。したがって、これらの変形または修正は本発明の範囲に含まれることに留意されたい。例えば、各ブロック、に含まれる機能などは論理的に矛盾しないように再配置可能であり、複数のブロックを１つに組み合わせたり、或いは分割したりすることが可能である。

１，６ 負荷駆動システム
２ 負荷駆動装置
３，７ 初期充電装置
４ 負荷
５ 単相交流電源
８ 三相交流電源
２１ 遮断器
２１ａ，２１ｂ 遮断部
２２ コンバータ
２３ 平滑コンデンサ
２４ 電力変換器
３１，３４，３５ 整流器
３１ａ 第１のサイリスタ
３１ｂ 第２のサイリスタ
３２ 制限抵抗器
３３ 制御部
３４ａ，３５ａ 第１の整流器
３４ｂ，３５ｂ 第２の整流器
３４ａ１，３４ｂ１ ＩＧＢＴ
３５ａ１，３５ｂ１ ＭＯＳＦＥＴ
３４ａ２，３４ａ３，３４ｂ２，３４ｂ３ ダイオード
３３１ 直流電圧検出回路
３３２ 外部入力回路
３３３ 基準電圧回路
３３４ 比較器
３３５ 電源位相検出回路
３３６ 制御回路
３３７ 電流制御回路
３３８ 遮断器制御回路
３３９ 電圧制御回路

Claims (4)

1. 交流電力を直流電力に変換するコンバータと、前記直流電力を平滑化する平滑コンデンサと、を備える負荷駆動装置を初期充電する初期充電装置であって、
   前記交流電力に係る交流電流を一方向にのみ流す整流器と、
   前記整流器を制御する制御部と、を備え、
   前記制御部は、
   前記平滑コンデンサの直流電圧値を検出する直流電圧検出回路と、
   前記初期充電によって前記平滑コンデンサに印加する電圧の値である基準電圧値を出力する基準電圧回路と、
   前記交流電力に係る交流電圧の位相を検出する位相検出回路と、
   前記直流電圧値及び前記基準電圧値を比較して比較結果信号を出力する比較器と、
   前記比較結果信号及び前記位相に基づいて、前記整流器を制御する制御回路と、
   を含み、
   前記整流器はサイリスタを含み、
   前記初期充電装置は、前記サイリスタのゲートの電流を制御する電流制御回路をさらに備え、
   前記制御回路は、前記直流電圧値が前記基準電圧値より低く、かつ前記位相が所定の範囲内に含まれる場合にのみ、前記交流電流を前記サイリスタに一方向に流すよう前記電流制御回路に制御信号を出力することを特徴とする初期充電装置。
2. 交流電力を直流電力に変換するコンバータと、前記直流電力を平滑化する平滑コンデンサと、を備える負荷駆動装置を初期充電する初期充電装置であって、
   前記交流電力に係る交流電流を一方向にのみ流す整流器と、
   前記整流器を制御する制御部と、を備え、
   前記制御部は、
   前記平滑コンデンサの直流電圧値を検出する直流電圧検出回路と、
   前記初期充電によって前記平滑コンデンサに印加する電圧の値である基準電圧値を出力する基準電圧回路と、
   前記交流電力に係る交流電圧の位相を検出する位相検出回路と、
   前記直流電圧値及び前記基準電圧値を比較して比較結果信号を出力する比較器と、
   前記比較結果信号及び前記位相に基づいて、前記整流器を制御する制御回路と、
   を含み、
   前記整流器は、トランジスタを含み、
   前記初期充電装置は、前記トランジスタのゲートの電圧を制御する電圧制御回路をさらに備え、
   前記制御回路は、前記直流電圧値が前記基準電圧値より低く、かつ前記位相が所定の範囲内に含まれる場合にのみ、前記交流電流を前記トランジスタに一方向に流すよう前記電圧制御回路に制御信号を出力することを特徴とする初期充電装置。
3. 前記初期充電装置は、前記比較結果信号に基づいて前記負荷駆動装置の前記交流電力を供給する交流電源と前記コンバータとの間を開放したり、短絡したりする遮断器を制御する遮断器制御回路をさらに備えることを特徴とする請求項１又は２に記載の初期充電装置。
4. 負荷を駆動する負荷駆動装置と、請求項１から３のいずれか一項に記載の初期充電装置と、を備える負荷駆動システムであって、
   前記負荷駆動装置は、
   前記交流電力を直流電力に変換するコンバータと、
   前記直流電力を平滑化する平滑コンデンサと、
   を備えることを特徴とする負荷駆動システム。

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