KR101580771B1

KR101580771B1 - 돌입 전류 억제 회로

Info

Publication number: KR101580771B1
Application number: KR1020157014987A
Authority: KR
Inventors: 류이치 다케자와; 고타로 오노
Original assignee: 미쓰비시덴키 가부시키가이샤
Priority date: 2014-05-22
Filing date: 2014-05-22
Publication date: 2015-12-28

Abstract

본 발명은 인버터 회로와, 인버터 회로를 구성하고 있는 스위칭 소자의 구동 회로에 인가하는 구동 전압으로서 2레벨의 직류 전압을 생성하는 구동 전원 회로를 구비한 전력 변환 장치에 있어서, 전원 투입시에 발생하는 돌입 전류를 억제하는 돌입 전류 억제 회로로서, 인버터 회로에 공급하는 직류 전력을 생성하는 컨버터 회로와 평활 회로의 사이에 마련된 돌입 전류 방지 저항(71)과, 돌입 전류 방지 저항(71)과 병렬로 접속된 릴레이(72)와, 릴레이(72)를 닫힌 상태로 천이시킬 때에 2레벨의 직류 전압 중 레벨이 높은 쪽의 직류 전압을 릴레이(72)에 인가하고, 릴레이(72)가 닫힌 상태로 된 후에는 2레벨의 직류 전압 중 레벨이 낮은 쪽의 직류 전압을 릴레이(72)에 인가하여 닫힌 상태를 유지시키는 릴레이 제어 회로를 구비하고 있다.

Description

돌입 전류 억제 회로{INRUSH CURRENT SUPPRESSION CIRCUIT}

본 발명은 인버터로의 돌입 전류를 억제하는 돌입 전류 억제 회로에 관한 것이다.

종래의 범용 인버터에서는, 주회로가 구비하고 있는 전해 콘덴서에 대해, 전원 투입시에 큰 전류(돌입 전류)가 흐르는 것을 방지하기 위해, 돌입 전류 억제 저항을 구비하고 있다. 전원 투입시 이외는 돌입 전류 억제 저항과 병렬로 접속된 릴레이가 동작하여, 돌입 전류 억제 저항에 전류를 흘리지 않도록 하여 손실을 억제하고 있다. 또, 알람이 발생했을 때는, 릴레이를 끊음으로써, 3상 교류 전류와 분리하여, 피해를 억제하는 구조로 되어 있다. 여기서, 릴레이는 인버터 중에서도 가장 전류가 흐르는 위치에 마련되어 있어, 릴레이의 온도는 매우 높아진다. 그 때문에, 릴레이의 온도 상승을 억제하는 것이 중요해지고 있다.

예를 들면, 어느 전압을 릴레이의 코일에 인가하여 흡착(attract)시킨 후, 그 상태를 유지하는 것이 가능한 범위 내에서 코일에 인가하는 전압을 낮추도록 제어하여, 온도 상승을 억제하는 기술이 존재한다(예를 들면, 특허 문헌 1, 2).

특허 문헌 1: 일본국 특개평 6－38359호 공보 특허 문헌 2: 일본국 특개 2008－186645호 공보

특허 문헌 1에 기재된 파워 릴레이의 구동 회로에 있어서는, 정격 전압을 릴레이의 코일에 인가하여 릴레이를 흡착시키고, 흡착 후는 정격 전압을 분압한 전압을 코일에 인가하여 유지하도록 하여 온도 상승을 억제하고 있다. 그렇지만, 정격 전압을 분압하는 회로에 있어서 분압 저항을 사용하고 있어, 이 분압 저항에 있어서 손실이 발생한다고 하는 문제가 있었다.

또, 특허 문헌 2에 기재된 전자 릴레이 구동 장치에 있어서는, 흡인시의 전압을 생성하는 전원 외에 유지용 전압을 생성하는 전원이 별도로 필요하게 되어, 회로가 증대함과 아울러 코스트가 높아진다고 하는 문제가 있었다.

본 발명은 상기를 감안하여 이루어진 것으로서, 코스트가 상승하는 것을 억제하면서 손실 발생과 온도 상승을 방지하는 것이 가능한 돌입 전류 억제 회로를 얻는 것을 목적으로 한다.

상술한 과제를 해결하여 목적을 달성하기 위해서, 본 발명은 인버터 회로와, 상기 인버터 회로를 구성하고 있는 스위칭 소자의 구동 회로에 인가하는 구동 전압으로서 2레벨의 직류 전압을 생성하는 구동 전원 회로를 구비한 전력 변환 장치에 있어서, 전원 투입시에 발생하는 돌입 전류를 억제하는 돌입 전류 억제 회로로서, 상기 인버터 회로에 공급하는 직류 전력을 생성하는 컨버터 회로와 평활 회로의 사이에 마련된 돌입 전류 방지 저항과, 상기 돌입 전류 방지 저항과 병렬로 접속된 릴레이와, 상기 릴레이를 닫힌 상태로 천이시킬 때에 상기 2레벨의 직류 전압 중 레벨이 높은 쪽의 직류 전압을 상기 릴레이에 인가하고, 상기 릴레이가 닫힌 상태로 된 후에는 상기 2레벨의 직류 전압 중 레벨이 낮은 쪽의 직류 전압을 상기 릴레이에 인가하여 닫힌 상태를 유지시키는 릴레이 제어 회로를 구비하는 것을 특징으로 한다.

본 발명에 의하면, 회로에 있어서의 손실을 억제한 돌입 전류 억제 회로를 저비용으로 실현할 수 있다고 하는 효과를 달성한다.

도 1은 본 발명에 따른 돌입 전류 억제 회로를 적용한 전력 변환 장치의 구성예를 나타내는 도면이다.
도 2는 돌입 전류 억제 회로의 구성예를 나타내는 도면이다.
도 3은 구동 전원 회로의 구성예를 나타내는 도면이다.
도 4는 돌입 전류 억제 회로의 동작의 일례를 나타내는 타임 차트이다.

이하에, 본 발명에 따른 돌입 전류 억제 회로의 실시 형태를 도면에 기초하여 상세하게 설명한다. 또한, 이 실시 형태에 의해 이 발명이 한정되는 것은 아니다.

실시 형태.

도 1은 본 발명에 따른 돌입 전류 억제 회로를 적용한 전력 변환 장치의 구성예를 나타내는 도면이다.

도 1에 도시한 전력 변환 장치는, 교류 전원(1)으로부터 전력 공급을 받아, 모터(5)를 구동하기 위한 교류 전압을 생성한다. 도시한 것처럼, 전력 변환 장치는, 교류 전원(1)으로부터 공급된 교류 전압을 정류하여 직류 전압을 생성하는 컨버터 회로(2)와, 컨버터 회로(2)로 생성된 직류 전압을 평활하는 콘덴서(3)와, 콘덴서(3)로 평활된 직류 전압을 변환하여 모터(5)를 구동하기 위한 교류 전압을 생성하는 인버터 회로(4)와, 인버터 회로(4)를 구성하고 있는 각 스위칭 소자의 게이트에 인가하는 구동 전압을 생성하는 구동 전원 회로(6)와, 컨버터 회로(2)와 콘덴서(3)의 사이에 마련되어, 전력 변환 장치의 기동시에 콘덴서(3)에 흐르는 전류(돌입 전류)를 억제하는 돌입 전류 억제 회로(7)를 구비한다. 돌입 전류 억제 회로(7)는 음극(N) 측에 마련되어 있고, 돌입 전류 억제 저항(71) 및 이것과 병렬로 접속된 릴레이(72)를 포함하고 있다. 본 실시 형태에서는, 인버터 회로(4)를 구성하고 있는 스위칭 소자가 IGBT(Insulated Gate Bipolar Transistor)인 것으로 한다.

도 1에 있어서 상세한 기재를 생략하고 있지만, 릴레이(72)의 양단(a단자와 b단자)에 인가되는 전압은 구동 전원 회로(6)로부터 공급된다. 구동 전원 회로(6)로부터 인버터 회로(4)에 공급되는 구동 전압 Vc1 및 Vc2는, 릴레이(72)에도 공급되는 구성으로 되어 있다. 또한, 구동 전압 Vc1 및 Vc2는 일정한 전압이며, 인버터 회로(4)에 있어서는, 제어하는 제어 회로가 각 스위칭 소자를 구동하기 위해서 게이트에 인가하는 신호(구동 신호)를 구동 전압 Vc1 및 Vc2로부터 생성한다.

또한, 도 1에 있어서는 기재를 생략하고 있지만, 전력 변환 장치는 인버터 회로(4)의 보호 기능을 구비하고 있고, 어떠한 이상을 검지했을 경우에는 알람이 발생하여 보호 기능이 작동하도록 구성되어 있다.

도 2는 돌입 전류 억제 회로(7)의 구성예를 나타내는 도면이다. 도 2에 있어서는, 설명의 편의상 구동 전원 회로(6)도 함께 기재하고 있다.

돌입 전류 억제 회로(7)는 돌입 전류 억제 저항(71), 릴레이(72), 제어부(73), 다이오드(74, 75) 및 트랜지스터(76, 77, 78)를 구비하여 구성되어 있다.

돌입 전류 억제 저항(71)의 일단은 컨버터 회로(2)의 음극측의 단자에 접속되고, 타단은 콘덴서(3)의 음극측의 단자에 접속되어 있다(도 1 참조). 릴레이(72)는 돌입 전류 억제 저항(71)에 대해서 병렬로 접속되어 있고, 내부의 코일에 일정한 전압이 인가되면 흡착되어 돌입 전류 억제 저항(71)의 양단을 단락시킨다. 제어부(73)는 트랜지스터(76 및 77)를 제어함으로써 릴레이(72)로의 인가 전압을 전환한다. 다이오드(74)는 구동 전원 회로(6)와 릴레이(72)의 사이에 마련되어 있어 구동 전원 회로(6)측으로 전류가 역류하는 것을 방지한다. 다이오드(74)의 애노드에는 구동 전원 회로(6)로부터 구동 전압 Vc2가 인가된다. 다이오드(75)는 트랜지스터(78)와 릴레이(72)의 단자 b의 사이에 마련되어 있어 트랜지스터(78)측으로 전류가 역류하는 것을 방지한다. 트랜지스터(76)는 NPN형의 트랜지스터이며, 컬렉터는 릴레이(72)의 단자 a에 접속되고, 이미터는 접지되어 있다. 베이스에는 제어부(73)로부터 출력되는 RA 구동 신호 ＃1이 입력된다. 트랜지스터(77)는 N형의 FET(Field Effect Transistor)이며, 드레인은 트랜지스터(78)의 게이트와 접속되고, 소스는 접지되어 있다. 게이트에는 제어부(73)로부터 출력되는 RA 구동 신호 ＃2가 입력된다. 트랜지스터(78)는 P형의 FET이며, 소스에는 구동 전원 회로(6)로부터 구동 전압 Vc1이 인가된다. 드레인은 다이오드(75)의 애노드와 접속되고, 게이트는 트랜지스터(77)의 드레인과 접속되어 있다.

이하, 제어부(73), 다이오드(74, 75) 및 트랜지스터(76, 77, 78)로 이루어지는 회로를 릴레이 제어 회로라고 칭한다.

도 3은 구동 전원 회로(6)의 구성예를 나타내는 도면이다. 구동 전원 회로(6)는 다이오드(61), 콘덴서(62, 65, 66), 제너 다이오드(63) 및 저항(64)을 구비하여 구성되어 있다.

다이오드(61) 및 콘덴서(62)는 정류회로를 구성하고 있으며, 도시를 생략한 외부의 교류 전원으로부터 공급되는 교류 전압을 변환하여 직류 전압을 생성한다. 생성되는 직류 전압은 예를 들면 30V이며, 구동 전압 Vc1로서 인버터 회로(4) 및 돌입 전류 억제 회로(7)로 공급된다.

제너 다이오드(63), 저항(64) 및 콘덴서(65, 66)는 분압 회로를 구성하고 있으며, 다이오드(61) 및 콘덴서(62)로 생성된 직류 전압을 분압한다. 분압된 직류 전압, 즉, 콘덴서(66)의 양단 전압은 구동 전압 Vc2로서 인버터 회로(4) 및 돌입 전류 억제 회로(7)로 공급된다.

다음으로, 본 실시 형태의 전력 변환 장치에 있어서의 돌입 전류 억제 회로(7)의 동작에 대해서, 도 1 내지 도 4를 참조하면서 설명한다. 도 4는 돌입 전류 억제 회로(7)의 동작의 일례를 나타내는 타임 차트이다. 도 4에서는, 제어부(73)가 출력하는 RA 구동 신호 ＃1 및 RA 구동 신호 ＃2와, 릴레이(72)에 인가되는 전압(Vc1과 Vc2의 인가의 유무)과, 릴레이(72)의 양단 전압을 나타내고 있다.

교류 전원(1)이 투입되어, 교류 전압의 공급이 개시되면 전력 변환 장치가 기동하여, 컨버터 회로(2)로부터 콘덴서(3)에 대해서 돌입 전류가 흐른다. 그 때문에, 릴레이 제어 회로의 제어부(73)는, 컨버터 회로(2)에 대해서 교류 전압의 공급이 개시되는 시점에서는, RA 구동 신호 ＃1 및 ＃2를 L(Low) 레벨로 하여, 릴레이(72)가 열린 채의 상태로 한다. 이 결과, 돌입 전류 억제 저항(71)의 작용에 의해 돌입 전류가 억제된다. 제어부(73)는 전력 변환 장치가 기동하고 나서 일정시간이 경과하면, RA 구동 신호 ＃1 및 ＃2를 H(High) 레벨로 한다. RA 구동 신호 ＃1 및 ＃2를 H레벨로 했을 경우, 트랜지스터(이하, TR)(76) 및 TR(77)가 ON으로 되고, 이것에 따라서 TR(78)가 ON으로 된다. 그 결과, 릴레이(72)에는, 구동 전원 회로(6)로부터 Vc1과 Vc2가 인가된다. 이때의 릴레이(72)의 양단 전압(RA 양단 전압)은 Vc1이 되어, 릴레이(72)가 흡착된다(닫힌 상태가 된다). 릴레이(72)가 닫히면 돌입 전류 억제 저항(71)에는 전류가 흐르지 않게 되어, 돌입 전류 억제 저항(71)에서의 손실 발생을 회피할 수 있다.

제어부(73)는, 릴레이(72)가 닫힌 상태가 되면, 즉, RA 구동 신호 ＃1 및 ＃2를 H레벨로 하고 나서 RA 흡인 시간(릴레이(72)가 닫힌 상태로 될 때까지의 소요 시간)이 경과하면, RA 구동 신호 ＃1을 H레벨로 한 채로, RA 구동 신호 ＃2를 L레벨로 한다. 이것에 의해, TR(77)가 OFF로 되고, 추가로, TR(78)도 OFF로 된다. 그 결과, 릴레이(72)에는, 구동 전원 회로(6)로부터 Vc2만이 인가되어, 릴레이(72)의 양단 전압은 Vc2가 된다. Vc2는 릴레이(72)의 유지 전압보다도 높은 전압이며, 릴레이(72)는 닫힌 상태를 유지한다. 따라서 돌입 전류 억제 저항(71)에는 전류가 흐르지 않고, 돌입 전류 억제 저항(71)에서의 손실도 발생하지 않는다. 또, Vc2는 Vc1 보다도 낮은 전압이기 때문에, 릴레이(72)에서의 발열량을 억제할 수 있음과 아울러, 릴레이(72)에서 발생하는 손실을 억제할 수 있다. 추가로, 구동 전원 회로(6)가 인버터 회로(4)에 공급하는 2레벨의 구동 전압을 사용하여 릴레이(72)로 인가하는 전압을 생성하므로, 릴레이(72)로의 인가 전압을 생성하는 회로를 별도로 마련할 필요가 없어, 코스트의 상승을 억제할 수 있다.

교류 전원(1)으로부터의 전압 공급이 정지되면, 제어부(73)는 RA 구동 신호 ＃1 및 ＃2를 L레벨로 한다. 이 결과, 릴레이(72)로의 인가 전압은 0V로 되어, 릴레이(72)가 열린 상태로 된다.

그 후, 전력 변환 장치가 재기동하면, 제어부(73)는 RA 구동 신호 ＃1 및 ＃2를 H레벨로 하고, RA 흡인 시간이 경과한 후에 RA 구동 신호 ＃2를 L레벨로 하여, 릴레이(72)가 닫힌 상태(릴레이(72)로의 인가 전압이 Vc2인 상태)로 한다. 이 상태에 있어서, 어떠한 원인에 의해 구동 전원 회로(6)가 파손되는 등 하여 구동 전압 Vc1 및 Vc2의 출력이 정지되면, 돌입 전류 억제 회로(7)에 공급되는 Vc1 및 Vc2도 0V로 된다. 그리고 릴레이(72)로의 인가 전압도 0V로 되어, 릴레이(72)가 차단되어 열린 상태로 된다. 이 결과, 인버터 회로(4)를 보호할 수 있다. 또, 예를 들면, 인버터 회로(4)가 구비하고 있는 IGBT가 파손됐을 경우, 이것에 따라서 구동 전원 회로(6)가 파손하는 케이스가 있다. 이 경우에 있어서도 구동 전압 Vc1 및 Vc2의 출력이 정지하여, 릴레이(72)로의 인가 전압이 0V로 되므로, 릴레이(72)가 차단되어 열린 상태로 된다. 릴레이(72)가 열린 상태로 됨으로써 인버터 회로(4)가 보호되어, 인버터 회로(4)가 추가로 파손되어 버리는 것을 방지할 수 있다.

상술한 것처럼, 전력 변환 장치는 인버터 회로(4)의 보호 기능을 구비하고 있어, 이상을 검지했을 경우에는 알람이 발생하여 보호 기능이 작동하도록 구성되어 있지만, 보호 기능을 실현하는 보호 회로 그 자체가 고장나는 등, 예기치 못한 이유에 의해 보호 기능이 작동하지 않거나, 또는 알람 발생이 지연 케이스도 생각된다. 본 실시 형태에 의하면, 만일, 구동 전원 회로(6)의 파손시에 보호 기능이 작동하지 않았다고 하더라도, 릴레이(72)를 열어서 인버터 회로(4)를 보호할 수 있어, 장치의 신뢰성을 높일 수 있다.

이와 같이, 본 실시 형태의 전력 변환 장치에 있어서, 돌입 전류 억제 회로(7)는, 구동 전원 회로(6)가 인버터 회로(4)로 공급하기 위해서 생성한 구동 전압을 이용하여, 돌입 전류 억제 저항(71)과 병렬로 접속된 릴레이(72)를 제어하는 것으로 했다. 또, 릴레이(72)가 닫힌 상태로 된 다음은, 흡인시에 인가한 전압 보다도 낮은 전압을 인가하여 닫힌 상태를 유지하는 것으로 했다. 이것에 의해, 코스트가 상승하는 것을 억제하면서 릴레이(72)로의 손실량을 억제할 수 있다. 또, 온도 상승을 방지할 수 있어, 안정된 동작을 실현할 수 있다.

또, 돌입 전류 억제 회로(7)를 N측에 배치했으므로, 절연 거리를 고려한 설계가 불필요해진다.

[산업상의 이용 가능성]

이상과 같이, 본 발명에 따른 돌입 전류 억제 회로는, 전력 변환 장치에 유용하고, 특히, 전력 변환 장치의 기동시에 발생하는 돌입 전류를 억제하기 위한 발명에 적합하다.

1: 교류 전원, 2: 컨버터 회로,
3, 62, 65, 66: 콘덴서, 4: 인버터 회로,
5: 모터, 6: 구동 전원 회로,
7: 돌입 전류 억제 회로, 61, 74, 75: 다이오드,
63: 제너 다이오드, 64: 저항,
71: 돌입 전류 억제 저항, 72: 릴레이,
73: 제어부, 76, 77, 78: 트랜지스터.

Claims

인버터 회로와, 상기 인버터 회로를 구성하고 있는 각 스위칭 소자의 게이트에 인가하는 구동 전압으로서 2레벨의 직류 전압을 생성하는 구동 전원 회로를 구비한 전력 변환 장치에 있어서, 전원 투입시에 발생하는 돌입 전류를 억제하는 돌입 전류 억제 회로로서,
상기 인버터 회로에 공급하는 직류 전압을 생성하는 컨버터 회로와 평활 콘덴서의 사이에 마련된 돌입 전류 방지 저항과,
상기 돌입 전류 방지 저항과 병렬로 접속된 릴레이와,
상기 릴레이를 닫힌 상태로 천이시킬 때에 상기 2레벨의 직류 전압 중 레벨이 높은 쪽의 직류 전압을 상기 릴레이에 인가하고, 상기 릴레이가 닫힌 상태로 된 후에는 상기 2레벨의 직류 전압 중 레벨이 낮은 쪽의 직류 전압을 상기 릴레이에 인가하여 닫힌 상태를 유지시키는 릴레이 제어 회로를 구비하는 것을 특징으로 하는 돌입 전류 억제 회로.
청구항 1에 있어서,
상기 스위칭 소자를 IGBT로 하는 것을 특징으로 하는 돌입 전류 억제 회로.
청구항 1 또는 청구항 2에 있어서,
상기 컨버터 회로의 음극측에 배치되어 있는 것을 특징으로 하는 돌입 전류 억제 회로.