JPH0241257B2 - - Google Patents

Description

【発明の詳細な説明】 本発明は突入電流防止装置に関する。

例えば大容量（コンデンサ容量）を含む負荷に
対して直流電源を投入する場合には、定常電流よ
りも遥かに大きな充電電流による突入電流が流
れ、このために電源側に種々の悪影響を及ぼす。

これは必らずしも直流電源の場合に限らず、例
えば、交流電源を、平滑用の大きなコンデンサＣ
を有するAC／DC変換用の整流回路（第１図参
照）に投入する場合には同様にして大きな交流突
入電流が流れ電源側に悪影響を与える。

これを防止するため従来は、例えば第２図に示
すように、投入当初、抵抗器を負荷と直列に接続
して突入電流を制限し、一定時間経過後（電流が
減小したと予想される時間後）、時限リレー（ま
たはSCR等）を用いて抵抗を短絡し、正常投入
状態とするという方法が広く用いられている。

しかしながら、この方法は回路が簡単である反
面、下記のような種々の欠点を有している。

改善率が悪い。これを良くするために抵抗値
を大きくすると次に述べる２次突入がそれだけ
悪化する。

抵抗を短絡した瞬間に、２次突入が起きて同
様に電源側に悪影響を与える。

時限リレー等の回路には一般にコンデンサが
使用されており、このコンデンサに充電された
電荷を放電するのに時間がかかるため、電源の
瞬時停電等においては時限リレー等が正常に動
作せず、無力になる。

本発明の目的は上述の欠点を除去した突入電流
防止装置を提供することにある。

第１の発明の装置は、負荷と直列に挿入された
インダクタとトランジスタと電流測定用抵抗器
と、前記抵抗器の両端電圧と別に設けた基準電圧
とを比較する電圧比較器と、前記電圧比較器によ
り前記抵抗器の両端電圧の方が前記基準電圧より
も大きくなつたことが検出されると前記トランジ
スタを非導通状態としかつこの非導通状態を特定
の時間長だけ保持するように制御する制御手段と
を有し、容量性の負荷等への直流電源投入時に発
生する過大電流の流入を防止する。

また第２の発明の装置は、実質的に負荷と直列
に挿入され前記負荷に対する電流を流すように接
続されたインダクタとトランジスタと電流測定用
抵抗器と、前記インダクタと前記トランジスタと
前記抵抗器のうちの少くも前記トランジスタと前
記抵抗器とに対し整流された前記負荷に対する電
流を流すように構成されたダイオードブリツジ
と、前記抵抗器の両端電圧と別に設けた基準電圧
とを比較する電圧比較器と、前記比較器により前
記抵抗器の両端電圧の方が前記基準電圧よりも大
きくなつたことが検出されると前記トランジスタ
を非導通状態としかつこの非導通状態を特定の時
間長だけ保持するように制御する制御手段とを有
し、交流電源投入時に発生する過大電流の流入を
防止する。

次に図面を参照して本発明を詳細に説明する。

第１の発明の一実施例を示す第３図を参照する
と、本実施例は直流電源１、インダクタ２、トラ
ンジスタ３、電流測定用抵抗器４、電圧比較器
５、基準電圧電源６、制御回路７および負荷８を
含んでいる。

電圧比較器５は、抵抗器４の両端の電圧と電源
６からの基準電圧とを比較し、その差情報をライ
ン５００を介して制御回路７に供給する。

制御回路７は、ライン５００を介して供給され
る前記差情報が抵抗器４の両端電圧が基準電圧よ
りも低いことを指示している場合には、トランジ
スタ３のベースに充分の電圧を供給してこれを飽
和導通状態（以後オン状態）に保つ。

しかし、前記差情報により抵抗器４の両端電圧
の方が基準電圧よりも高くなつたことが指示され
た場合には制御回路７は直ちにトランジスタ３の
ベースに供給されている電圧を下げ、トランジス
タ３が非導通状態（以後オフ状態）になるように
制御し、かつ、このオフ状態がその時点から特定
の期間τの間保持されるように動作する。

また、負荷８は、電源に並列に接続された大容
量のコンデンサを含むような負荷であるとする。

さて、本実施例の動作は下記の通りである。

今、ある時点で直流電流１が投入されたとする
と、インダクタ２、トランジスタ３、抵抗器４、
負荷８を通して負荷電流が流れ始めるが、前述の
ように負荷８には電源と並列に大容量のコンデン
サが含まれ、このコンデンサが放電状態のときは
負荷は短絡状態に近く、このため定常電流よりも
遥かに大きな充電電流が流れようとする。

この負荷電流は、インダクタ２によつて制限さ
れる立ち上りの傾斜で、時間とともに増加してゆ
くが、この負荷電流による抵抗器４の両端におけ
る電圧が、電源６からの基準電圧よりも大きくな
ると、比較器５からの前記差情報500により制御
回路７は前述のように直ちにトランジスタ３をオ
フ状態とし、そのオフ状態をそれに続くτの期間
継続する。

このため、負荷電流が０から立ち上つて基準電
圧で定まるある最大電流値I_Mまで増加するとそこ
で直ちに遮断される。

これからτの期間が経過すると、その時点では
比較器５からの差情報500は、抵抗器４の両端の
電圧が電源６からの基準電圧よりも低いことを指
示しているので、制御回路７は直ちにトランジス
タ３をオン状態とし、再び、負荷電流の流入が開
始される。

こうして負荷電流は、第４図に示すように、最
大値I_Mになるごとにτの期間遮断されるという形
態を繰り返しながら、基準電圧で指定される最大
値I_Mを越えることなく、負荷８のコンデンサに対
する充電を続け、遂にはこの充電が完了して最大
値I_Mを越えない定常電流I_Sが連続的に流れる状態
に至つて電源投入の過渡動作が終了し、以後トラ
ンジスタ３はオン状態を継続する。

以上の説明で明らかなように、本実施例による
と、基準電圧を適当に設定することにより、電源
投入時にはオンオフ動作により突入電流をある一
定値以下に制限し、定常状態においてはオン状態
を保持して導通に殆んど影響を与えないような動
作をせることができる。

第４図は、以上の電源投入時の負荷電流の波形
を原理的に示したもので、各波形の立ち上りの傾
斜は、インダクタ２の大きさと、負荷に含まれる
コンデンサの充電状態によつて定まり、インダク
タ２が大きい程、また、負荷に含まれるコンデン
サが充電状態に近ずく程、傾斜が緩やかになる。
一回の導通波形で充電される電荷の量は、各波形
の面積に比例するので、このような方式により負
荷電流の最大値I_Mを抑えて投入動作を行なわせる
場合に、一回ごとに充電される電荷の量を大きく
して投入動作を速く終了させるためには、インダ
クタ２により立ち上り傾斜をある程度緩やかにし
て各波形の通電時間を少くもτと同程度のオーダ
ーとする必要があることが分る。

また、このインダクタ２が無いとすると、投入
時にトランジスタ３が動作してオフ状態になる前
にトランジスタ３に電源電圧の大部分が加わり、
電源電圧が加わつた状態で大電流が流れるので内
部に大きな電力損が生じ、トランジスタ３を破壊
する。

これらの理由により、適当なインダクタンスを
もつインダクタ２の挿入は必須である。

また、トランジスタ３が急激にオフ状態になつ
たときインダクタ２に蓄えられたエネルギを吸収
させるため、トランジスタ３のコレクタエミツタ
間に第５図に示すような抵抗、コンデンサによる
サージアブソーバおよびバリスタによる保護回路
を付加して、インダクタ２の逆 電力からトラン
ジスタ３を保護し、かつ負荷電流を平均化するよ
うにして性能を改善することができる。

以上のように、本実施例によると直流電源１の
投入時における突入電流を効果的に制限する直流
電源用の突入電流防止装置を提供できる。

次に、第２の発明について詳細に説明する。

第２の発明の一実施例を示す第６図を参照する
と、本実施例は、交流電源１１、インダクタ１
２、トランジスタ１３、電流測定用抵抗器１４、
電圧比較器１５、基準電圧電源１６、制御回路１
７、負荷１８およびダイオードブリツジ１９を含
んでいる。

これらの要素の中で、インダクタ１２、トラン
ジスタ１３、電流測定用抵抗器１４、電圧比較器
１５、基準電圧電源１６および制御回路１７は上
述の第(1)の発明の実施例に用いた対応する要素と
本質的には同じものである。

これに対し、本実施例の異なる点は下記の通り
である。

電源１１は、前述の実施例の電源１が直流電源
であるのに対し、交流電源である。

次に負荷１８は、前述の負荷８が電源側に対し
て並列に大容量のコンデンサを含む負荷であるの
に対し、本実施例の負荷１８は、例えば前述の第
１図に示した交流負荷のように、ブリツジ整流回
路の出力側に大容量のコンデンサを有するような
負荷である。勿論、この整流回路と電源側との間
に交流トランスが含まれてもよい。前述したよう
に、このような負荷に交流電源を投入すると、負
荷１８に含まれるコンデンサが充電されるまで
は、コンデンサに対する充電電流が流れ、このた
め負荷の入力側においては定常状態における交流
電流よりも遥かに大きな交流突入電流が流れるこ
とになる。本実施例はこのような交流突入電流を
抑圧するために装置である。

さらに、本実施例においては、前述の実施例に
は含まれていないダイオードブリツジ１９が含ま
れている。このダイオードブリツジ１９のため、
負荷１８に流れる交流電流は、必らずトランジス
タ１３および電流測定用抵抗器１４を介して流れ
るが、第６図に示すダイオードブリツジ１９の構
成から明らかなように、ダイオードブリツジ１９
の作用により、負荷に流れる交流電流が整流され
一方向に流れる脈流（直流）に変換された形でト
ランジスタ１３および抵抗器１４を介して流れる
ことになる。このため、インダクタ１２、トラン
ジスタ１３、抵抗器１４、比較器１５、基準電圧
電源１６および制御回路１７を用いて、第１の発
明の実施例で行なつたのと同様にしてトランジス
タ１３を制御し、ここに流れる最大電流を制限す
ることにより、前述の実施例において負荷８に流
れる直流負荷電流に対して行なつたのと殆んど同
じ制御を負荷１８に流れる交流負荷電流に対して
行なうことができる。

以上の説明で明らかなように、本実施例による
と負荷１８に流れる交流電流のピーク値は、電源
１６からの基準電圧で定まる最大電流I_Mで抑えら
れるため、この基準電圧を適当に設定することに
より、電源投入時の突入交流電流をある一定値以
下に制限し、また定常状態になつた場合には連続
的に導通状態を保持し、導通に殆んど影響を与え
ないような動作をする交流電源用の突入電流防止
装置を提供することができる。

本実施例においても、トランジスタ１３に対
し、第５図で説明した抵抗およびコンデンサによ
るサージアブソーバおよびバリスタによる保護回
路を並列に接続して一層性能を改善することがで
きる。

第７図に本実施例の電源投入過渡状態中におけ
る負荷交流電流波形の一サイクル分を一例として
示す。上述のサージアブソーバの付加によりトラ
ンジスタ１３がオフ状態のときも電流は０にまで
落ち込まない。

なお、インダクタ１２は第６図に示したように
ダイオードブリツジ１９の外側に接続するかわり
に、ダイオードブリツジ１９の内側にトランジス
タ１３および抵抗器１４と直列になるように挿入
してもよい。

以上のように、本実施例によると交流電源１１
の投入時における突入電流を効果的に制限する交
流電源用の突入電流防止装置を提供できる。

さて、前述の第１の発明の実施例においても第
２の発明の実施例においても、殆んど同様な動作
をするための要素として、電圧比較器５，１５、
基準電圧電源６，１６および制御回路７，１７を
含むが、これらの諸要素は一般にトランジスタを
含む能動回路で構成されるため、これらを動作さ
せるための電源（補助直流電源）が必要である。
この電源が、前述の負荷に対する電源投入に先だ
つて通電されており、上述の諸要素の正常動作状
態時において、負荷に対する電源投入が行なわれ
れば、これらの突入電流防止装置は上に説明した
ように正常に動作する。しかし、この補助直流電
源に対する通電を、負荷に対する電源投入と同時
に行なおうとすると下記のような機能を含ませる
必要がある。

前述の第２の発明の実施例に対してこの機能を
含ませた突入電流防止装置の一実施例を第８図に
示す。

この実施例では前述の第６図に示したすべてに
対応する要素を含むほかに、補助電源２１および
電源投入時遅延回路２２を含んでいる。

この中の補助電源２１は、比較器１５′、基準
電圧電源１６′、制御回路１７′等に供給する必要
な直流電圧を電源１１から得るための専用の補助
電源であり、また電源投入時遅延回路２２は、補
助電源２１の電源投入時に、補助電源２１の電圧
が正常値に達するまでトランジスタ１３のベース
電圧をトランジスタ１３がオフ状態に保持される
ようにした遅延回路である。

以上の構成により、負荷１８に対する電源投入
時に同時に補助電源２１が投入されても（第８図
のＳ，Ｓ点の接続により電源投入が行なわれて
も）、負荷１８に対する電流は、遅延回路２２の
動作のために導通が開始されず、補助電源２１の
電圧が正常値になり、比較器１５′、基準電圧電
源１６′および制御回路１７′が正常に動作するよ
うになつてから、回路２２によるトランジスタ１
３のオフ状態が解け、以後制御回路１７′による
前述のような制御が開始され、負荷１８に対する
電源投入の制御が行なわれる。

以上は第２の発明の実施例を基として説明した
が、第(1)の発明に対しても上述と全く同様な機能
を持たせるようにすることができる。

以上に述べた本発明の装置は、 (i) 電流を検出しフイードバツクしているので改
善率がよい（定常電流の1.2〜1.5倍程度にまで
投入電流値を抑えることができる）。

(ii) 補助直流電源の瞬停止における電圧低下を、
大容量のコンデンサにエネルギを蓄積する等の
方法により遅くすれば、瞬定時においても支障
なく動作するようにできる。

(iii) 定時制御しているので２次突入が発生しな
い。

(iv) 負荷短絡等の事故の場合にも電流制限器とし
て有効に動作する。

等の種々の利点を有している。

また(iv)の利点のため、逆に、負荷短絡等におい
ても過大電流が流れないのでヒユーズやサーキツ
トブレーカーが有効に作動しなくなるが、このよ
うな場合に自動的に回路を遮断する必要があると
きは下記のようにすればよい。

前述の説明で明らかなように、過大電流が流れ
ようとするときには、トランジスタ３，１３は流
れる電流を断続し、正常の動作状態とは異なつた
オンオフ制御状態におかれる。このようなオンオ
フ制御状態は容易に検出することができるので、
このオンオフ制御が継続される時間を測定する電
子回路を設け、このオンオフ制御が異常に長く続
く場合（例えば数秒にもおよぶ場合）にはこの回
路の出力により別に設けたサーキツトブレーカを
トリツプさせて回路の遮断を行なう等の方法をと
ればよい。

以上述べたように本発明によると、電源投入時
に過大の突入電流を発生するような負荷に対し、
この突入電流を効果的に制限する突入電流防止装
置を提供することができる。

これにより、このような負荷に電源を投入する
場合に生ずる種々の障害を除去することができ
る。

【図面の簡単な説明】

第１図は交流電源投入に際し交流突入電流を発
生する負荷を説明するための図、第２図は従来例
を説明するためのブロツク図、第３図は第(1)の発
明の一実施例を示すブロツク図、第４図は前記実
施例の負荷電流波形を説明するための図、第５図
は抵抗およびコンデンサによるサージアブソーバ
とバリスタによる保護回路を示す図、第６図は第
(2)の発明の一実施例を示すブロツク図、第７図は
前記実施例の負荷電流波形を説明するための図お
よび第８図は第(2)の発明の他の実施例を示すブロ
ツク図である。 図において、１……直流電源、２，１２……イ
ンダクタ、３，１３……トランジスタ、４，１４
……電圧測定用抵抗器、５，１５，１５′……電
圧比較器、、６，１６，１６′……基準電圧電源、
７，１７，１７′……制御回路、８，１８……負
荷、１１……交流電源、１９……ダイオードブリ
ツジ、２１……補助直流電源、２２……電源投入
時遅延回路。

Claims (1)

1. 【特許請求の範囲】 １ 負荷と直列に挿入されたインダクタとトラン
   ジスタと電流測定用抵抗器と、前記抵抗器の両端
   電圧と別に設けた基準電圧とを比較する電圧比較
   器と、前記電圧比較器により前記抵抗器の両端電
   圧の方が前記基準電圧よりも大きくなつたことが
   検出されると前記トランジスタを非導通状態とし
   かつこの非導通状態を特定の時間長だけ保持する
   ように制御する制御手段とを有し、容量性の負荷
   等への電流投入時に発生する過大電流の流入を防
   止するようにしたことを特徴とする直流電源用の
   突入電流防止装置。 ２ 実質的に負荷と直列に挿入され前記負荷に対
   する電流を流すように接続されたインダクタとト
   ランジスタと電流測定用抵抗器と、前記インダク
   タと前記トランジスタと前記抵抗器のうちの少く
   も前記トランジスタと前記抵抗器とに対し整流さ
   れた前記負荷に対する電流を流すように構成され
   たダイオードブリツジと、前記抵抗器の両端電圧
   と別に設けた基準電圧とを比較する電圧比較器
   と、前記比較器にように前記抵抗器の両端電圧の
   方が前記基準電圧よりも大きくなつたことが検出
   されると前記トランジスタを非導通状態としかつ
   この非導通状態を特定の時間長だけ保持するよう
   制御する制御手段とを有し、電源投入時に発生す
   る過大電流の流入を防止するようにしたことを特
   徴とする交流電源用の突入電流防止装置。 ３ 電源投入後、前記基準電圧を供給し前記電圧
   比較器と前記制御手段とを駆動するための補助電
   源が正常に動作するようになるまで前記トランジ
   スタを非導通状態に保持するようにしたことを特
   徴とする特許請求の範囲第１項または特許請求の
   範囲第２項記載の突入電流防止装置。