JPH09163756A - コンデンサ放電回路 - Google Patents

Abstract

(57)【要約】 【課題】 制御回路やその電源が損傷乃至破壊されてい
るときでも電力回路入力段のコンデンサを放電可能にす
る。 【解決手段】 コンデンサＣの両端間の電圧を利用して
定電圧を発生させるツェナーダイオードＺD1と、主バッ
テリ１２の両端間の電圧を利用してツェナーダイオード
ＺD1のそれよりも高い定電圧を発生させるツェナーダイ
オードＺD2とを設ける。コンパレータ２２をツェナーダ
イオードＺD1の出力電圧を電源として動作させ、このコ
ンパレータ２２によりツェナーダイオードＺD1及びＺD2
の出力電圧を比較する。コンタクタ１４のリレーａ〜ｃ
がオフしたときツェナーダイオードＺD2の出力電圧が低
下するためトランジスタＴｒがコンパレータ２２の出力
によりオンされ、コンデンサＣが抵抗Ｒにより放電す
る。

Description

【発明の詳細な説明】

【０００１】

【発明の属する技術分野】本発明は、コンデンサを放電
させるコンデンサ放電回路に関する。

【０００２】

【従来の技術】特開昭５９−１７２３６８号公報には、
インバータ入力段に設けられたコンデンサを放電させる
回路の一例構成が示されている。この公報に示されてい
る回路では、電源とインバータとの接続が断たれたとき
に、インバータの負荷であるモータの巻線抵抗を利用し
て、インバータの入力段に設けられているコンデンサを
放電させている。

【０００３】

【発明が解決しようとする課題】上述のような原理によ
る放電は、インバータの制御回路が放電動作中正常に動
作し続けている限り実行することができる。しかしなが
ら、特殊な用途又は特殊な状況下では、かかる原理を用
いた放電のみでは十分でない。

【０００４】例えば、電気自動車走行用のモータの駆動
制御に係るインバータを想定する。さらに、このインバ
ータを搭載している電気自動車が交通事故に遭遇し、イ
ンバータを制御するための制御回路や、この制御回路に
電源を供給するバッテリに破壊乃至損傷が生じたとす
る。このような状況下では、制御回路がコンデンサ放電
用の制御手順を実行することができないから、インバー
タ入力段に設けられているコンデンサには電荷が残存し
たままとなる。しかるに、この電気自動車の乗員を救助
するためにレスキュー隊が突入すること等を考慮にいれ
ると、このようにコンデンサに電荷が残存している状況
は好ましくない。従来は、乗員救助等の作業に際してレ
スキュー隊等にコンデンサの放電作業という作業負担が
強いられていた。

【０００５】本発明の第１の目的は、制御回路とは独立
に動作しまたこの制御回路の電源とは独立の電源にて動
作する回路を設けることにより、制御回路やその電源に
損傷乃至破壊が生じた場合であってもコンデンサを確実
に放電することができる回路を提供することにある。本
発明の第２の目的は、第１の目的の達成を通じ、レスキ
ュー隊の突入時等における安全性を高めかつ作業負担を
軽減することにある。本発明の第３の目的は、コンデン
サを放電するための回路の電源をコンデンサにて賄うこ
とにより、従来の装置に新たにバッテリ等を追加するこ
となく第１及び第２の目的を達成することにある。

【０００６】

【課題を解決するための手段】このような目的を達成す
るために、本発明の第１の構成に係るコンデンサ放電回
路は、コンデンサが既に充電されているときに第１の定
電圧を出力する第１定電圧源と、直流電源と上記コンデ
ンサの接続を開閉する接点が閉じているときに第１の定
電圧よりも高い第２の定電圧を出力し、開いているとき
には第１の定電圧よりも低い電圧を出力する第２定電圧
源と、その電源端子が第１定電圧源に接続され、電源端
子に印加される電圧が第１の定電圧以上であるときにの
み動作し、第１定電圧源の出力電圧よりも第２定電圧源
の出力電圧の方が低い時にのみ上記コンデンサの両端に
放電抵抗を接続する制御素子と、を備え、上記コンデン
サの両端間の電圧を電源として利用して当該コンデンサ
を放電させることを特徴とする。

【０００７】本構成においては、直流電源とコンデンサ
が接点を介して接続されておりかつコンデンサが既に充
電されているときに、第１定電圧源からは第１の定電圧
が、第２定電圧源からは第２の定電圧が、それぞれ出力
される。この状態では、制御素子の電源端子に第１定電
圧源から第１の定電圧が印加されるためこの制御素子は
動作する。しかし、第１の定電圧は第２の定電圧よりも
低いから、制御素子はコンデンサの両端に放電抵抗を接
続しない。その後、接点による直流電源とコンデンサと
の接続が断たれると、第２定電圧源の出力電圧は第１定
電圧源の出力電圧（第１の定電圧）よりも低くなるた
め、制御素子はこの時点でコンデンサの両端に放電抵抗
を接続する。これにより、コンデンサに蓄えられている
電荷は徐々に放電していく。コンデンサの放電が進行す
ると、第１定電圧源は第１の定電圧を出力し得なくなる
から、制御素子による放電制御動作は自動的に終了す
る。このように、本構成においては、外部からなんら制
御信号の供給を受けることなくまた電源の供給を受ける
ことなく、コンデンサ自体の電圧を利用してコンデンサ
が放電される。したがって、従来と異なり、上記コンデ
ンサを含む電力回路（例えばインバータ）の制御回路や
その電源に損傷乃至破壊が生じている場合であっても、
コンデンサが確実に放電される。

【０００８】

【発明の実施の形態】以下、本発明の好適な実施形態に
関し図面に基づき説明する。

【０００９】図１には、本発明の一実施形態に係る電気
自動車のシステム構成が示されている。この図に示され
る電気自動車においては、三相交流モータが車両走行用
のモータ１０として使用されている。主バッテリ１２は
このモータ１０に駆動電力を供給する直流電源である。
インバータ１６は、コンタクタ１４を介して供給される
主バッテリ１２の放電出力をコントローラ１８の制御の
下に直流から交流に変換しモータ１０に供給する。イン
バータ１６は、コントローラ１８から供給される制御信
号、例えばパルス幅変調（ＰＷＭ）された信号によりス
イッチングされるＩＧＢＴ（Insulated Gate Bipolar T
ransistor ）等のスイッチング素子Ｑ１〜Ｑ６、このＱ
１〜Ｑ６に逆並列接続されたダイオードＤ１〜Ｄ６、及
び主バッテリ１２から供給される直流電圧を平滑するコ
ンデンサＣを有している。コントローラ１８は、ＩＧ信
号、ＳＴ信号等の供給に応じ、またアクセル信号、ブレ
ーキ信号、シフト信号等の内容に応じてＰＷＭ信号を発
生させ、スイッチング素子Ｑ１〜Ｑ６のスイッチングに
よりモータ１０の出力を制御する。図中、符号２０で示
されるのはコントローラ１８を含め車載の補機に電源を
供給する補機バッテリである。また、符号２４で示され
ているのは主バッテリ１２の充放電電流が所定値以上と
なったときに溶融するヒューズである。

【００１０】コンタクタ１４は、ＩＧ信号、ＳＴ信号等
に応じコントローラ１８によりオン／オフされる３個の
リレーａ〜ｃから構成されている。リレーａ及びｂは主
バッテリ１２の両端をインバータ１６の直流入力端すな
わちコンデンサＣの両端に直結するリレーであり、リレ
ーｃは抵抗Ｒを介して接続するリレーである。リレーｃ
を設けているのは、始動時等にコンデンサＣの充電によ
って主バッテリ１２からインバータ１６へと大電流が流
れるのを防止するためである。そのため、モータ１０及
びインバータ１６を始動する際には、図２に示されるよ
うに、まずリレーｂ及びｃをオンさせ抵抗Ｒを介しコン
デンサＣを充電し、その後コンデンサＣが十分に充電さ
れたと見られる時間が経過した時点でリレーａをオンさ
せる。これにより、コンタクタ１４及びヒューズ２４を
介して大電流が流れることを防ぐことができる。

【００１１】また、この実施形態においては、抵抗ＲZ1
及びツェナーダイオードＺD1の直列回路がコンデンサＣ
と並列に、また抵抗ＲZ2及びツェナーダイオードＺD2の
直列回路がリレーａ及びｃから見て主バッテリ１２側と
リレーｂから見てインバータ１６側とを結ぶよう、それ
ぞれ接続されている。さらに、リレーｃと抵抗Ｒの接続
点にコレクタが、またリレーｂから見てインバータ１６
側のマイナス側母線にエミッタが接続されるよう、ＩＧ
ＢＴ等の電力用トランジスタＴｒが設けられている。加
えて、ツェナーダイオードＺD1にて生成される定電圧が
その電源端子に印加されるコンパレータ２２が設けられ
ており、このコンパレータ２２の非反転入力端子にはツ
ェナーダイオードＺD1のカソードが、反転入力端子には
ツェナーダイオードＺD2のカソードがそれぞれ接続され
ている。コンパレータ２２の出力端は出力抵抗Ｒ0 を介
してトランジスタＴｒのゲートに接続されている。

【００１２】この実施形態が特徴とするのは、第１に、
ツェナーダイオードＺD1及びＺD2、コンパレータ２２並
びにトランジスタＴｒにより、補機バッテリ２０から電
源供給を受けずに、すなわちコンデンサＣの両端間の電
圧を電源として利用して、コンタクタ１４がオフされた
ときにコンデンサＣを自動放電させる回路を構成したこ
とにある。この実施形態の第２の特徴は、コンデンサＣ
の充電に使用した抵抗Ｒを放電にも使用することにより
装置構成を簡素かつ小型にし安価な電気自動車を実現し
ていることにある。

【００１３】図２に示されるように、コントローラ１８
は、ＩＧ信号がオフされたとき等にコンタクタ１４に指
令を与えリレーａ〜ｃを一斉にオフさせる。すると、ツ
ェナーダイオードＺD2の両端の電圧はそれまでの定電圧
ＶZD2 から０へと立ち下がる。他方、ツェナーダイオー
ドＺD1の両端間の電圧は、コンデンサＣの放電が十分進
行するまでは引き続きそれまでの定電圧ＶZD1 を維持し
続ける。したがって、リレーａ〜ｃがオフされた時点
で、コンパレータ２２の出力はＬ値からＨ値へと立ち上
がる。これに応じ、トランジスタＴｒがオンする結果、
コンデンサＣ、抵抗Ｒ及びトランジスタＴｒが閉回路を
形成し、したがってコンデンサが抵抗Ｒを放電抵抗とし
て強制放電させられる。その結果コンデンサＣの両端間
の電圧が所定値以下に下がるとツェナーダイオードＺD1
は定電圧ＶZD1 を出力し得なくなる。この時点で、コン
パレータ２２の動作が停止する。なお、リレーａ〜ｃが
オンしているときにトランジスタＴｒがオンするのを防
ぐべく、ツェナーダイオードＺD1及びＺD2は、ＶZD1 ＜
ＶZD2 となるよう選択乃至設計する。

【００１４】このように、本実施形態によれば、コンタ
クタ１４がオフされたときにこれに応じてコンデンサＣ
が自動放電される。したがって、コントローラ１８や補
機バッテリ２０が損傷乃至破壊しているときであって
も、あるいはこれらの交換作業が行われているときであ
っても、コンタクタ１４のリレーａ〜ｃがオフするかぎ
り、コンデンサＣに電荷が残存し続けることがない。こ
れにより、図１に示される構成を有する電気自動車が交
通事故に遭遇しレスキュー隊が人命救助に突入するとき
にコンデンサＣを放電させる作業を実施する必要がな
く、迅速に乗員救助に当たることができる。なお、コン
タクタ１４に関しては、コントローラ１８からの信号供
給が断たれたときに自動的にオフするように設計してお
くのが好ましい。

【００１５】以上の説明は、電気自動車やそのインバー
タ１６を例として行ったが、本発明は電気自動車以外の
装置においても、またインバータ１６以外の電力回路に
ついても、適用することができる。さらに、ツェナーダ
イオードＺD1及びＺD2以外の定電圧源を用いるようにし
ても構わない。

【００１６】

【発明の効果】以上説明したように、本発明の第１の構
成によれば、放電させるべきコンデンサの両端間の電圧
を電源として利用して当該コンデンサを放電させるよ
う、第１定電圧源、第２定電圧源及び制御素子を配置及
び接続したため、放電させるべきコンデンサを内蔵する
電力回路の制御回路や制御用電源に損傷乃至破壊が生じ
ている場合等であっても、コンデンサに電荷が残存し続
けることがなくなり、作業性や安全性がより高い電力回
路を実現することが可能になる。

【００１７】

【補遺】なお、本発明は次のような構成としても把握で
きる。

【００１８】（１）本発明の第２の構成に係るコンデン
サ充放電回路は、コンデンサを充電するときに閉じ直流
電源と当該コンデンサとの間に充電抵抗を挿入する第１
の接点と、コンデンサの充電を終えたときに閉じ充電抵
抗の両端を短絡する第２の接点と、コンデンサが既に充
電されているときに第１の定電圧を出力する第１定電圧
源と、第１及び第２の接点のいずれかが閉じているとき
に第１の定電圧よりも高い第２の定電圧を出力し、いず
れも開いているときには第１の定電圧よりも低い電圧を
出力する第２定電圧源と、その電源端子が第１定電圧源
に接続され、電源端子に印加される電圧が第１の定電圧
以上であるときにのみ動作し、第１定電圧源の出力電圧
よりも第２定電圧源の出力電圧の方が低いときに上記コ
ンデンサの両端に放電抵抗を接続する制御素子と、を備
え、上記コンデンサの両端間の電圧を電源として利用し
て当該コンデンサを放電させ、また、単一の抵抗にて上
記充電抵抗と上記放電抵抗とを構成することを特徴とす
る。本構成によれば、第１の構成と同様の作用効果を得
ることができる。本構成によれば、さらに、コンデンサ
の充放電を単一の抵抗にて実行できるため、回路を構成
する抵抗の本数が少なくて済み、装置構成を小形化及び
安価化できる。

【００１９】（２）本発明の第３の構成に係る電気自動
車は、車両走行用の交流モータと、当該交流モータに駆
動電力を供給する主バッテリと、主バッテリの放電出力
を直流から交流に変換して上記交流モータに供給するイ
ンバータと、上記交流モータ及びインバータの停止に際
してインバータの直流端に設けられている平滑用のコン
デンサの両端間の電圧を駆動電源として当該コンデンサ
を放電させる放電回路と、を備えることを特徴とする。
本構成によれば、第１の構成と同様の作用効果を電気自
動車にて得ることができる。すなわち、交通事故その他
により車載の制御装置や制御用電源に故障乃至破壊が生
じた場合であっても、レスキュー隊の突入等に先立ち自
動的にコンデンサが放電されるから、事故当事者の救出
等の作業をより安全に実行できるようになる。さらに、
交流モータ及びインバータの始動に際してコンデンサを
充電させる充電回路を設け、充電回路及び放電回路を併
せた充放電回路の構成を第２の構成と同様にすれば、第
２の構成に係る作用効果も得られる。

【図面の簡単な説明】

【図１】 本発明の一実施形態に係る電気自動車のシス
テム構成を示すブロック図である。

【図２】 この実施形態における各リレー、コンパレー
タ、トランジスタ及びコンデンサの動作を示すタイミン
グチャートである。

【符号の説明】

１０ モータ、１２ 主バッテリ、１４ コンタクタ、
１６ インバータ、１８ コントローラ、２０ 補機バ
ッテリ、２２ コンパレータ、ａ〜ｃ リレー、Ｒ 充
放電抵抗、ＺD1，ＺD2 ツェナーダイオード、Ｔｒ ト
ランジスタ、Ｃコンデンサ。

Claims (1)

【特許請求の範囲】
1. 【請求項１】 コンデンサが既に充電されているときに
   第１の定電圧を出力する第１定電圧源と、 直流電源と上記コンデンサの接続を開閉する接点が閉じ
   ているときに第１の定電圧よりも高い第２の定電圧を出
   力し、開いているときには第１の定電圧よりも低い電圧
   を出力する第２定電圧源と、 その電源端子が第１定電圧源に接続され、電源端子に印
   加される電圧が第１の定電圧以上であるときにのみ動作
   し、第１定電圧源の出力電圧よりも第２定電圧源の出力
   電圧の方が低いときにのみ上記コンデンサの両端に放電
   抵抗を接続する制御素子と、 を備え、上記コンデンサの両端間の電圧を電源として利
   用して当該コンデンサを放電させることを特徴とするコ
   ンデンサ放電回路。