JPS5927179B2 - 電源の突入電流制限回路 - Google Patents

Description

【発明の詳細な説明】 この発明は、交流電源を直接整流平滑して直流電源に変
換する電源回路における突入電流制限回路に関する。

従来、この種の電源回路は、第１図に示したような構成
となつていた。

すなわち、スイッチングレギュレータ方式の如き電源回
路においては、交流電源１を直接整流器２で整流し、大
容量コンデンサ３により平滑して直流電源に変換し、負
荷４に電力を供給するので、回路インピーダンスが小さ
くなり、コンデンサ３への突入電流は非常に大きくなる
。突入電流が大き過ぎると、回路部品を破壊するだけで
なく、交流電源にも悪影響を及ぼすので、これを一定限
度内に制限する必要がある。第１図の回路においては、
突入電流を抵抗８によつて制限しており、電源スイッチ
５が閉じた直後は、抵抗６を通してトリガ電流が流れ、
トライアツク７が導通するが、抵抗８が介在するのでコ
ンデンサ３への突入電流は抑制される。一方、抵抗９、
ダイオード１０及びリレー１１の接点を通してコンデン
サ１３が充電されて、一定時間後にコンデンサ１３の端
子電圧がリレー１１の動作電圧に達すると、リレー１１
の接点１５が閉じて抵抗１６を通してトリガ電流が流れ
てトライアツク１７が導通する。このときには、既にコ
ンデンサ３は相当量充電されているので、充電電流は大
幅に軽減され、また抵抗８がバイパスされるので電力損
失も殆んど生じない。なお、リレー１１が作動し、接点
１２が抵抗１４側に接続すると、コンデンサ１３が放電
してしまうので、スイッチ５を切つて再起動をかけても
、突入電流制限、機構は正常に動作する。上記した回路
の特徴は、スイッチ用パワー素子としてトライアツクを
２個使用し、段階的に電力を供給して突入電流を制限す
るものであるが、大電力をスイッチするものであるため
、放熱に特別の配慮を要する大形のパワー素子を複数個
使用することとなり、高価であると共に実装上好ましく
ない。

また、スイッチ回路の無接点化は時代のすう勢であるる
が、リレーを必須とする方式故、信頼性上も望ましくな
い。そこで、パワー素子を１個に限定し、最初にスイッ
チオンする時の交流位相を制御する方法が考えられる。

第２図はこのようにした回路の一例で、スイツチ５が閉
じると、抵抗６を通してトリガ電流がトライアツク７に
流れようとするが、Ａ点の電位がコンデンサ２８の電位
にクランプされるので、双方向性のトリガダイオード２
７は導通しない。抵抗６，２２及びダイオード２３〜２
６を通して充電されるコンデンサ２８の電位が一定値に
達すると、トリガダイオード２７が導通し、トリガ電流
が流れてトライアツク７が初めて導通する。ここで、抵
抗６，２２とコンデンサ２８の値を適当に選び、最初に
トライアツクが導通するタイミングを正弦波の立上り部
に合わせれば、コンデンサ３への突入電流は制限される
。第３図は、第２図に示した回路の動作波形図で、交流
波形に対応した第２図Ａ点の電位変化を示したものであ
る。

第３図ａは、スイツチ５を交流波形のＰ１点で閉じた場
合で、Ｐ１点からコンデンサ２８が充電が開始さＴＬＳ
Ａ点の電位がトリガダイオード２７のブレークオーバ電
圧ＢＯに達するＰ２点でトリガされる。第３図ｂは、Ｐ
ｒ点でスイツチ５を閉じた場合で、この場合はＡ点の電
位がその半サイクルではブレークオーバ電圧ＶＢＯに達
せず、次の半サイクルの立上り部Ｐｒでトリガがかかつ
てしまうことを示している。この場合は、正弦波が殆ん
どそのままコンデンサ３に加わり、突入電流は抑制され
ない。従つて、この種の位相制御方式では、スイツチを
投入する時のタイミングを制御しない限り、突入電流を
防止することはできない。なお、抵抗２９は、スイツチ
５を開いたときに、コンデンサ２８を放電して再起動に
備えるためのものである。従つて、第２図に示したもの
も、第１図と同様、スイツチ投入直後の時間制御をコン
デンサの充電時間に頼つているので、スイツチを素早く
オンオフすると、コンデンサが充分放電せずに誤動作す
ることがある。この発明の目的は、上記した従来技術の
問題点を除去することであり、大型のパワースイツチ素
子を１個に限り、かつリレーの如き機械的接触部品を省
いて、電源スイツチの急激なオンオフにも効果を失うこ
となく、突入電流を抑制する電源の突入電流制限回路を
提供するものである。この発明は、平滑用コンデンサの
充電電圧が一定値に達するまでの間、その充電電圧によ
つてスイツチ素子が導通する交流位相を制御し、段階的
に位相を進めて平滑用コンデンサの充電電圧を増ノし、
突入電流を抑制するものであり、上記従来技術と異なり
、全ての制御を平滑コンデンサの充電電圧を検出して行
うので、電源スイツチの急激なオンオフにも影響される
ことがない。

以下、第４〜第６図を参照して、この発明を詳細に説明
する。

第４図は、この発明による突入電流制限回路の一実施例
で、交流電源１は、先ず全波整流器２によつて整流さ礼
メインスイツチ素子であるトライアツク７を通して平滑
用コンデンサ３を充電し、更に負荷４へ電力を供給する
。

連動して開閉されるスイツチ５と５′が閉じても、平滑
コンデンサ３が充分に充電されていない間は、その充電
電圧を抵抗３１と３２で分割した抵抗３１の端子電圧Ｖ
Ｔ（第５図）がシエナダイオード３４のツエナ電圧Ｚ１
より小さい為、トライアツク７にはトリガ電流が流れな
い。一方、スイツチ５が閉じると、ダイオード３５，３
７、抵抗３８、コンデンサ３を通してコンデンサ３６が
充電さ粍交流電源１から加わる正弦波の波高値がツエナ
ダイオード３９のツエナ電圧Ｚ２より大きい間充電が持
続する。なお、説明を簡単にする為、以下ダイオードや
トライアツクの電圧降下を無視することとする。

正弦波がピークを過ぎて、Ｂ点とＣ点の間の電圧がツェ
ナ電圧Ｚ２より小さくなると、ダイオード３５と３７で
充電電流はカツトされ、充電は停止する。コンデンサ３
６の充電時には、抵抗３８に電位差を生じてもダイオー
ド４１で阻止され、トライアツク７にはトリガ電流は流
れない。充電が停止すると、コンデンサ３６の電荷は、
ツエナダイオード３９、ダイオード３５，３７あるいは
３３により阻止され、全てトライアツク７のトリガ電流
となつて放電する。この発明の特徴は、以上説明したよ
うな構成により、コンデンサ３６が放電を開始する時の
正弦波の波高値を、平滑用コンデンサ３の充電電圧で制
御することにある。

Ｂ点とＣ点間の電位差は、正弦波の波高値からコンデン
サ３の充電電圧を差引いた値であるから、充電電圧が高
くなる程、正弦波の高い方で放電を開始することになる
。第５図は、上記した動作を図示したもので、図中の実
線は交流波形に対応した平滑コンデンサ３の充電電圧、
破線は第４図のＡ点の電位を示したものである。平滑コ
ンデンサ３の電位は、容量がコンデンサ３６に比べて充
分大きいので、電源スイツチ５を閉じても、殆んど０Ｖ
に維持され、コンデンサ３６の最初の放電によつてトラ
イアツク７が導通し、その時の正弦波高値つまりツエナ
電圧ＶＺ２まで充電される。

正弦波が更に立下ると、コンデンサ３の電位よりも低く
なり、電流は流れなくなるので、トライアツク７は非導
通となる。コンデンサ３の電位は負荷４などで放電し、
次にコンデンサ３６が放電するときにＶ１まで下つてい
るとすれば、そのときの正弦波はＶＺ２＋Ｖ１となり、
コンデンサ３はＶＺ２＋Ｖ１まで充電する。第３の半サ
イクルでは、コンデンサ３の電位がＶ２のとき、トライ
アツク７が導通し、コンデンサ３の端子電圧はＶＺ２＋
１になり、これを抵抗３１と３２で分割した時の抵抗３
１の端子電圧ＶＴは、ツエナダイオード３４のツエナ電
汗Ｚ１よりも充分大きくなる。そこでコンデンサ３の放
電でこの条件が変らなければ、次の第４半サイクルの立
上り部でツエナダイオード３４及びダイオード３３を通
してトリガ電流が流れ、トライアツク７は導通する。以
後、コンデンサ３の端子電圧が極端に下らない限り、正
弦波の立上り部でトライアツク７が導通して定常動作を
行う。なお、スイツチ５′を開放すれば非導通となる。
以上のごとく、スイツチ５，５′を閉じた後、平滑コン
デンサには段階的に位相制御された正弦波交流が加わり
、過大な突入電流は流れなくなる。

また、第４図の実施例においては平滑用コンデンサの充
電電圧を基準として位相制御部３５〜４１が動作するか
ら、スイツチ５，５′の投入タイミングや操作方法には
影響を受けることなく、突入電流を制限できる。第６図
は、スイツチ素子と制御回路を交流電源側に配置した実
施例で、この例においては位相制御部３５〜４１が動作
するのは、ダイオード３５，３７が導通する半サイクル
に限られるから、平滑コンデンサ３が一定の充電電圧に
達するまでの時間は長くなる。

しかし、平滑コンデンサ３の充電電圧によつて段階的に
交流位相を制御する機構は、第４図のものと全く同じで
ある。なお、第６図においては、位相制御部３５〜４１
が動作してコンデンサ３の充電電圧が充分な大きさにな
るまでの時間をコンデンサ５６の充電時間で調整してい
る。すなわち、スイツチ５が閉じると、抵抗５１、ダイ
オード５２〜５５を通してコンデンサ５６が充電さぺ双
方向性のトリガダイオード５７のブレークオーバ電圧Ｂ
Ｏに達するまでは、トリガダイオード５７によつてトラ
イアツク７は導通されない。第６図の実施例においては
、スイツチ５を開放した後、抵抗５８によつてコンデン
サ５６を放電しなければならないので、スイツチ５の操
作方法には条件が付くが、整流器２を通さないトランス
５９のような負荷が並置される場合に効果がある。

以上説明したように、この発明によれば、スイツチング
レギユレータ方式のごとく、交流電源を直接直流電源に
変換する電源回路において、起動時に過大な突入電流を
生ずることなく、大電力用スイツチ素子１個でスイツチ
動作を行うことができ、またリレーの如き高価かつ信頼
性上問題の多い接触部品を省いて制御回路を無接点化す
ることができる。また、用途によつては電源スイツチの
操作スピードに制約条件のつかない突入電流制限回路が
実現できる。

【図面の簡単な説明】

第１図はスイツチ素子を２個使用し、リレーで制御回路
を構成した従来回路図、第２図（オスイツチ素子を１個
使用して位相制御により突入電流を防止する従来回路図
、第３図は第２図の回路の動作波形図、第４図はこの発
明による突入電流制限回路の実施例の図、第５図は第４
図の実施例の動作波形図、第６図は整流回路と並列にト
ランスの如き負荷を接続した用途におけるこの発明の他
の実施例の図である。 ２・・・・・・整流器、３・・・・・・平滑コンデンサ
、４・・・・・・負荷、５，５′・・・・・・スイツチ
、７・・・・・・トライアツク、３３，３５，３７，４
１・・・・・・ダイオード、３４，３９・・・・・・ツ
エナダイオード、５７・・・・・・双方向性トリガダイ
オードＶ５９・・・・・・トランス。

Claims (1)

【特許請求の範囲】
1. １ 交流電源を整流器と平滑コンデンサにより直接直流
   電源に変換する電源回路において、一旦交流電源で充放
   電コンデンサを充電する手段と、交流正弦波の立下り部
   において上記充電を中断するダイオードを含む回路手段
   と、上記充電の中断により上記充放電コンデンサの電荷
   を放電する手段と、上記放電による電流をトリガ電流と
   してメインスイッチ素子に与える回路手段とから構成さ
   れ、上記メインスイッチ素子が導通する時の上記正弦波
   へ波高値を上記平滑コンデンサの充電量により制御する
   ことを特徴とする電源の突入電流制限回路。