WO2016143102A1 - 電源装置 - Google Patents

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protection
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power supply
protection voltage
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寧 牧野
健太 大和田
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三菱電機株式会社
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Definitions

  • the present invention relates to a power supply device that converts an AC voltage into a DC voltage.
  • the power supply apparatus When the power supply is turned on, an inrush current may flow when charging the smoothing capacitor.
  • the power supply apparatus employs a configuration in which a resistor is connected in series with a smoothing capacitor in order to prevent the element from being damaged by the inrush current, thereby suppressing the inrush current when the power is turned on.
  • Patent Document 1 a relay is connected to both ends of an overcurrent protection circuit including an inrush current suppression resistor, the relay is opened when the power is turned on, and the charging current of the smoothing capacitor is consumed by the inrush current suppression resistor. And the power supply device which suppresses the inrush current at the time of power activation is disclosed. When the charging of the smoothing capacitor is completed, the power supply device of Patent Document 1 closes the relay, disconnects the inrush current limiting resistor, and allows a current to flow through the relay without bypassing the inrush current limiting resistor.
  • Patent Document 2 when a momentary power interruption occurs due to an instantaneous power failure, the voltage across the smoothing capacitor is compared with the set protection voltage and connected in parallel with the inrush current limiting resistor based on the comparison result.
  • a power supply device that suppresses inrush current by controlling a relay that has been disclosed is disclosed.
  • the power supply apparatus of patent document 1 and patent document 2 is smoothed at the time of power recovery from an instantaneous power failure by stopping operation and opening the relay when the voltage across the smoothing capacitor falls below the set protection voltage. Inrush current flowing to the capacitor is suppressed.
  • the magnitude of the inrush current that occurs when power is restored from an instantaneous power failure depends on the difference between the voltage across the smoothing capacitor just before power is restored from the instantaneous power failure and the AC voltage when power is restored from the instantaneous power failure. . Therefore, in order to suppress the inrush current in the setting range of the protection voltage, the power supply device of Patent Document 2 needs to be configured with an expensive element that has a high current resistance and can withstand the inrush current.
  • the present invention has been made in view of the above, without using an element that has a high current resistance and can withstand an inrush current, and without affecting the operating state of the boost circuit section and the fluctuation of the AC voltage, at the time of power recovery It aims at providing the power supply device which can suppress the inrush current to generate
  • a power supply device includes a resistor for limiting a current supplied from an AC power supply, a switching unit connected in parallel with the resistor, and a resistor. And a rectifier circuit unit that is connected to the subsequent stage of the switching unit and rectifies the AC voltage of the AC power supply, a booster circuit unit that boosts the DC voltage rectified by the rectifier circuit unit, and a DC voltage output from the booster circuit unit.
  • a first protection voltage is calculated based on a boost level by a DC voltage detector for detecting, an AC voltage detector for detecting an AC voltage of an AC power supply, and a booster circuit, and the AC voltage detected by the AC voltage detector
  • the second protection voltage is calculated based on the comparison, the first protection voltage is compared with the second protection voltage, and one of them is set as the protection voltage, and the DC voltage is set by the protection setting unit.
  • a control unit that opens the switching unit and stops the boosting by the boosting circuit unit when the voltage is lower than the protection voltage, and the protection setting unit has a second protection voltage when the control unit stops the boosting of the boosting circuit unit. Is set to the protection voltage.
  • the present invention it is possible to suppress the inrush current generated at the time of power recovery without affecting the operating state of the booster circuit section and the fluctuation of the AC voltage.
  • Configuration diagram of power supply device The figure which shows the relationship between the setting level of a 2nd protection voltage, and the limit value with respect to the inrush current of the semiconductor element which comprises a booster circuit part.
  • movement of a booster circuit part The figure which shows operation
  • movement of the power supply device at the time of setting a protection voltage when a booster circuit part changes into a stop state from an operation state
  • FIG. 1 is a configuration diagram of a power supply device 1 according to an embodiment.
  • FIG. 2 is a diagram showing the relationship between the set level of the second protection voltage and the limit value for the inrush current of the semiconductor element constituting the booster circuit unit.
  • FIG. 3 is a diagram illustrating the operation of the power supply apparatus from when an instantaneous power failure occurs until AC power is restored when the booster circuit unit is stopped.
  • FIG. 4 is a diagram illustrating the operation of the power supply apparatus during the operation of the booster circuit unit from when an instantaneous power failure occurs when the first protection voltage is set as the protection voltage until the AC power supply returns.
  • FIG. 1 is a configuration diagram of a power supply device 1 according to an embodiment.
  • FIG. 2 is a diagram showing the relationship between the set level of the second protection voltage and the limit value for the inrush current of the semiconductor element constituting the booster circuit unit.
  • FIG. 3 is a diagram illustrating the operation of the power supply apparatus from when an instantaneous power failure occurs until AC power is restored when the
  • FIG. 5 is a diagram illustrating the operation of the power supply apparatus from when an instantaneous power failure occurs during the first transition period to when the AC power supply returns during operation of the booster circuit unit.
  • FIG. 6 is a diagram illustrating the operation of the power supply apparatus from when an instantaneous power failure occurs when the second protection voltage is set as the protection voltage to when the AC power supply returns during operation of the booster circuit unit.
  • FIG. 7 is a diagram illustrating the operation of the power supply apparatus when setting the protection voltage when the booster circuit unit is stopped from the operating state.
  • FIG. 8 is a block diagram illustrating a configuration of the operation control unit 18 according to the embodiment.
  • the power supply device 1 is connected to an AC power supply 2 and a DC load 3 that are external power supplies, converts an AC voltage supplied from the AC power supply 2 into a DC voltage, and supplies the converted DC voltage to the DC load 3. It is a device to do.
  • the power supply device 1 includes a resistor 11 that limits current, a switching unit 12 that opens or shorts, a rectifier circuit unit 13 that rectifies an AC voltage, a boost circuit unit 14 that boosts a DC voltage, and a DC voltage.
  • a DC voltage detection unit 15 for detecting, a protection setting unit 16 for setting a protection voltage, a control unit 17 for controlling the switching unit 12 and the booster circuit unit 14, and an AC voltage detection unit 19 for detecting an AC voltage are provided.
  • the protection setting unit 16 and the control unit 17 constitute an operation control unit 18.
  • Resistor 11 limits the inrush current supplied from AC power supply 2 when power is restored.
  • the switching unit 12 is configured by a relay and is connected to the resistor 11 in parallel. Note that the switching unit 12 may be configured by an IGBT (Insulated Gate Bipolar Transistor) or a MOSFET (Metal-Oxide-Semiconductor Field-Effect Transistor) instead of a relay.
  • IGBT Insulated Gate Bipolar Transistor
  • MOSFET Metal-Oxide-Semiconductor Field-Effect Transistor
  • the rectifier circuit unit 13 is connected to the subsequent stage of the resistor 11 and the switching unit 12 and rectifies the AC voltage.
  • the booster circuit unit 14 is also referred to as a booster chopper circuit unit, and boosts the DC voltage rectified by the rectifier circuit unit 13 to a set voltage.
  • the configuration of the booster circuit unit 14 will be described.
  • the step-up circuit unit 14 includes a step-up reactor 21, a switching element 22 that performs switching, a diode 23 that prevents backflow, and a smoothing capacitor 24 that smoothes the voltage rectified by the rectifier circuit unit 13.
  • the switching element 22 is exemplified by an IGBT or a MOSFET.
  • the reactor 21 and the diode 23 are connected in series between the high voltage side of the rectifier circuit unit 13 and the smoothing capacitor 24.
  • the diode 23 has an anode connected to the reactor 21 and a cathode connected to the DC load 3.
  • a switching element 22 is connected between the reactor 21 and the diode 23 on the wiring connecting the high voltage side to the low voltage side.
  • the step-up circuit unit 14 accumulates energy in the reactor 21 when the switching element 22 is in the on state, and charges the smoothing capacitor 24 using the back electromotive force generated from the reactor 21 when the switching element 22 is in the off state. . Further, the booster circuit unit 14 performs a boosting operation by repeating the ON state and the OFF state of the switching element 22 at a set cycle.
  • the set cycle refers to a cycle in which the boosting operation can be performed.
  • the switching element 22 and the diode 23 which are semiconductor elements constituting the booster circuit unit may be a wide band gap semiconductor. Further, the wide bandgap semiconductor may be SiC, GaN or diamond.
  • the booster circuit unit 14 is not limited to the above-described configuration, and may be any configuration that rectifies an AC power supply and boosts it to an arbitrary DC voltage.
  • the smoothing capacitor 24 smoothes the voltage while repeating charging and discharging.
  • the booster circuit unit 14 operates as a passive converter by always turning off the switching element 22 when boosting is not performed, and smoothes the voltage rectified by the rectifier circuit unit 13 without boosting. To the DC load 3.
  • the DC voltage detector 15 detects a smoothing capacitor voltage that is a DC voltage output from the booster circuit unit 14. Specifically, the DC voltage detection unit 15 detects a smoothing capacitor voltage that is a voltage across the smoothing capacitor 24. The smoothing capacitor voltage is equal to the DC bus voltage.
  • the protection setting unit 16 constantly acquires a control signal output from the control unit 17 to the booster circuit unit 14, and grasps the boosting level and the stop state as the operating state of the booster circuit unit 14 based on the control signal.
  • the protection setting unit 16 calculates a first protection voltage based on the boosted level by the boosting circuit unit 14, calculates a second protection voltage based on the AC voltage detected by the AC voltage detection unit 19, and the first protection voltage And the second protection voltage are compared, and one of them is set as the protection voltage.
  • the boost level is calculated based on the boost level L1 updated by the control unit 17 at an arbitrary timing, and a new first protection voltage is compared with the second protection voltage. Either one may be set to the protection voltage.
  • the control unit 17 compares the smoothing capacitor voltage detected by the DC voltage detection unit 15 with the protection voltage set by the protection setting unit 16, and stops boosting of the boosting circuit unit 14 based on the comparison result.
  • the switch is operated, the switch 12 is opened or short-circuited, and the DC load 3 is stopped or started.
  • the control unit 17 causes the switching unit 12 to open the switch, stops the boosting of the boosting circuit unit 14, and stops the operation of the DC load 3.
  • control unit 17 and the protection setting unit 16 when the boosting of the boosting circuit unit 14 is stopped and the control unit 17 and the protection setting when the boosting circuit unit 14 is boosting are described.
  • a specific operation with the unit 16 will be described with reference to FIGS.
  • FIGS. 2A shows the waveform of the AC voltage supplied from the AC power supply 2
  • FIG. 2B shows the waveform of the smoothing capacitor voltage detected by the DC voltage detector 15.
  • the protection setting unit 16 calculates a second protection voltage based on the AC voltage detected by the AC voltage detection unit 19.
  • the protection setting unit 16 sets the protection voltage so as not to fall below the set lower limit value.
  • the protection setting unit 16 sets Vdc_Under as the lower limit value of the DC bus voltage that guarantees the product, ⁇ Vrush as the limit value with respect to the inrush current of the semiconductor elements constituting the booster circuit unit 14, and “Vdc_Under ⁇ second protection”.
  • the second protection voltage is calculated from the equation (1).
  • ⁇ Vrush is a value when an instantaneous power failure occurs and the smoothing capacitor voltage drops to the set level of the second protection voltage.
  • Second protection voltage AC voltage ⁇ ⁇ 2 ⁇ Vrush (1)
  • the protection setting unit 16 sets the second protection voltage to Vdc_Under when “Vdc_Under> second protection voltage”.
  • the protection setting unit 16 may calculate the second protection voltage so as to be within ⁇ Vrush, which is a limit value with respect to the inrush current of the semiconductor elements constituting the booster circuit unit 14, and when Vdc_Under does not exist, the lower limit It is not necessary to set a value.
  • the protection setting unit 16 calculates the first protection voltage based on the boosted level by the boosting circuit unit 14. When boosting of the booster circuit unit 14 is stopped, the protection setting unit 16 sets the second protection voltage to the protection voltage without comparing the first protection voltage and the second protection voltage.
  • FIG. 3A shows the operating state or the stopped state of the DC load 3
  • FIG. 3B shows the waveform of the AC voltage supplied from the AC power source 2
  • FIG. 3C shows the DC voltage detection.
  • the waveform of the smoothing capacitor voltage detected by the unit 15 is shown
  • FIG. 3D is a diagram showing the open or short circuit of the switch of the switching unit 12.
  • the protection setting unit 16 calculates the second protection voltage from the equation (1) at predetermined time intervals based on the AC voltage detected by the AC voltage detection unit 19 during a period when no instantaneous power failure occurs.
  • the protection voltage is updated to the second protection voltage.
  • FIG. 3 shows a case where the protection voltage is updated every power cycle.
  • the protection setting unit 16 calculates the second protection voltage A2 based on the AC voltage at the point A1 shown in FIG. 3B, and sets the second protection voltage A2 as the protection voltage. Further, the protection setting unit 16 calculates the second protection voltage B2 based on the AC voltage at the time B1 shown in FIG. 3B, and sets the second protection voltage B2 to the protection voltage. In the example illustrated in FIG. 3, since the fluctuation of the AC power supply 2 is “A1 ⁇ B1”, “second protection voltage A2 ⁇ second protection voltage B2” is satisfied, but the fluctuation of the AC power supply 2 is “ In the case of “A1> B1”, “second protection voltage A2> second protection voltage B2” is satisfied.
  • the protection voltage is updated every power cycle.
  • the protection voltage may be updated at a set time interval. Even when the AC voltage of the AC power supply 2 fluctuates, the protection setting unit 16 can set the protection voltage corresponding to the fluctuating AC voltage by updating the protection voltage at the set time interval. Furthermore, by providing Vdc_Under, the protection setting unit 16 can protect the DC load 3 during operation outside the product warranty.
  • an instantaneous power failure occurs at t11 in FIG. 3, the protective operation by the control unit 17 is started at t12 in FIG. 3, power is restored at t13 in FIG. 3, and the power is restored at t14 in FIG. 2
  • the calculation of the protection voltage is started and the return operation of the DC load 3 is performed at t15 in FIG.
  • the booster circuit unit 14 operates as a passive converter by always turning off the switching element 22 when boosting is not performed. Therefore, the smoothing capacitor voltage detected by the DC voltage detector 15 matches the peak value of the AC voltage supplied from the AC power supply 2.
  • the AC power supply 2 stops supplying AC voltage to the power supply device 1 as shown in FIG.
  • the booster circuit unit 14 operates with a passive converter. Therefore, the smoothing capacitor voltage decreases as shown in FIG. Further, the protection setting unit 16 does not change the protection voltage. Specifically, as shown in FIG. 3C, the protection setting unit 16 maintains the second protection voltage B2 set to the protection voltage without being changed.
  • the control unit 17 detects that the smoothing capacitor voltage detected by the DC voltage detection unit 15 has fallen below the protection voltage set by the protection setting unit 16 at t12 in FIG. 3, and starts the protection operation. Specifically, the control unit 17 stops the operation of the DC load 3 as shown in FIG. Moreover, the control part 17 makes the switching part 12 open a switch, as shown in FIG.3 (d). The control unit 17 causes the switching unit 12 to open the switch so that the inrush current flowing through the power supply device 1 when the AC power supply 2 is restored flows through the resistor 11 and suppresses the inrush current at the time of power restoration. it can.
  • the protection setting unit 16 applies the AC voltage detected by the AC voltage detection unit 19 after the second transition period, which is the period during which the smoothing capacitor voltage transitions, elapses. Based on the above equation (1), the second protection voltage is calculated, and the calculated second protection voltage is set as the protection voltage.
  • the second transition period is referred to as T_stable2.
  • T_stable2 will be described.
  • the smoothing capacitor voltage rises to a value of ⁇ 2 times the AC voltage of the AC power supply 2.
  • a value of ⁇ 2 times the AC voltage is a peak value. Therefore, the control unit 17 may detect that the smoothing capacitor voltage has fallen below the protection voltage before the smoothing capacitor voltage increases.
  • the power supply device 1 when the protection voltage is changed before the rise of the smoothing capacitor voltage reaches the peak value, the power supply device 1 is in a state of “smoothing capacitor voltage ⁇ protection voltage”.
  • the boosting of the booster circuit unit 14 continues to be stopped, and the operation of the DC load 3 continues to stop, resulting in a startup failure.
  • the protection setting unit 16 calculates the second protection voltage C2 from the above-described equation (1) based on the AC voltage at the time C1 illustrated in FIG.
  • the power supply device 1 becomes “smoothing capacitor voltage> protection voltage” after the time T_stable2 has elapsed, the protection operation by the control unit 17 is not performed, and a start-up failure can be prevented.
  • the protection setting unit 16 calculates a first protection voltage based on the boosted level by the boosting circuit unit 14, calculates a second protection voltage based on the AC voltage detected by the AC voltage detection unit 19, and the first protection voltage And the second protection voltage are compared.
  • the protection setting unit 16 calculates the second protection voltage from the above-described equation (1).
  • first protection voltage ⁇ second protection voltage the first protection voltage is set to the protection voltage. If “first protection voltage ⁇ second protection voltage”, the second protection voltage is set to the protection voltage. In the following, the case of “first protection voltage ⁇ second protection voltage” and the case of “first protection voltage ⁇ second protection voltage” will be described separately.
  • the protection setting unit 16 changes the setting of the protection voltage from the second protection voltage to the first protection voltage after the first transition period, which is the period during which the smoothing capacitor voltage transitions, starts to be boosted by the boost circuit unit 14. To do.
  • the first transition period is referred to as T_stable1.
  • FIG. 4A shows an operating state or a stopped state of the DC load 3
  • FIG. 4B shows an ON state or an OFF state of the switching element 22
  • FIG. 4 (d) shows the waveform of the smoothing capacitor voltage detected by the DC voltage detector 15,
  • FIG. 4 (e) shows the open or short circuit of the switch of the switching unit 12.
  • FIG. 4A shows an operating state or a stopped state of the DC load 3
  • FIG. 4B shows an ON state or an OFF state of the switching element 22
  • FIG. 4 (d) shows the waveform of the smoothing capacitor voltage detected by the DC voltage detector 15,
  • FIG. 4 (e) shows the open or short circuit of the switch of the switching unit 12.
  • FIG. 4 shows an instantaneous power failure occurs at t21 in FIG. 4, the protective operation by the control unit 17 is started at t22 in FIG. 4, power is restored at t23 in FIG. 4, and the power is restored at t24 in FIG. 2
  • the boosting circuit unit 14 increases the smoothing capacitor voltage until the target
  • control unit 17 changes the setting of the protection voltage from the second protection voltage to the first protection voltage before the smoothing capacitor voltage reaches the target boost level, the smoothing capacitor voltage falls below the protection voltage. May be detected.
  • the power supply device 1 when the protection voltage is changed before the smoothing capacitor voltage reaches the target boosting level, the power supply device 1 is in the state of “smoothing capacitor voltage ⁇ protection voltage”, and the control unit 17 performs the boosting operation. There is a possibility that the boosting of the circuit unit 14 stops and the operation of the DC load 3 stops.
  • the protection setting unit 16 holds the setting of the protection voltage and prohibits the change until T_stable1 elapses after the boosting of the boosting circuit unit 14 is started, and after the T_stable1 has elapsed, The setting of the protection voltage is changed from 1 to the first protection voltage.
  • control unit 17 When the control unit 17 detects that the smoothing capacitor voltage detected by the DC voltage detection unit 15 is lower than the protection voltage set by the protection setting unit 16, the control unit 17 starts the protection operation. Specifically, the control unit 17 stops the boosting by the boosting circuit unit 14, stops the operation of the DC load 3, and causes the switching unit 12 to open the switch. The control unit 17 causes the switching unit 12 to open the switch so that the inrush current flowing through the power supply device 1 when the AC power supply 2 is restored flows through the resistor 11 and suppresses the inrush current at the time of power restoration. it can. Further, the protection setting unit 16 does not change the setting of the protection voltage until the AC power supply 2 recovers from the instantaneous power failure.
  • the boosting circuit unit 14 stops boosting, so that the smoothing capacitor voltage reaches a voltage exceeding ⁇ 2 times the AC voltage of the AC power supply 2. do not do.
  • the protection setting unit 16 performs the same processing as when the boosting of the boosting circuit unit 14 is stopped. That is, when the recovery setting is detected by the AC voltage detected by the AC voltage detection unit 19, the protection setting unit 16 keeps the setting of the protection voltage and prohibits the change until T_stable2 elapses, and T_stable2 elapses. After that, change the protection voltage setting.
  • the protection setting unit 16 calculates the second protection voltage from the above-described equation (1) based on the AC voltage detected by the AC voltage detection unit 19 after T_stable2 has elapsed, 2 Change the protection voltage setting to protection voltage. It should be noted that the control unit 17 continues the protection operation even if the smoothing capacitor voltage becomes higher than the protection voltage until T_stable2 elapses after the protection operation at t22 in FIG. 4 is started.
  • FIG. 5A shows an operating state or a stopped state of the DC load 3
  • FIG. 5B shows an ON state or an OFF state of the switching element 22
  • FIG. 5 (d) shows a waveform of the smoothing capacitor voltage detected by the DC voltage detector 15,
  • FIG. 5 (e) shows an open or short circuit of the switch of the switching unit 12.
  • FIG. 5A shows an operating state or a stopped state of the DC load 3
  • FIG. 5B shows an ON state or an OFF state of the switching element 22
  • FIG. 5 (d) shows a waveform of the smoothing capacitor voltage detected by the DC voltage detector 15,
  • FIG. 5 (e) shows an open or short circuit of the switch of the switching unit 12.
  • FIG. 5A shows an operating state or a stopped state of the DC load 3
  • FIG. 5B shows an ON state or an OFF state of the switching element 22
  • FIG. 5 (d) shows a waveform of the smoothing capacitor voltage detected by the DC voltage detector 15
  • FIG. 5 (e) shows an open or short circuit
  • control unit 17 When the control unit 17 detects that the smoothing capacitor voltage detected by the DC voltage detection unit 15 is lower than the protection voltage set by the protection setting unit 16, the control unit 17 starts the protection operation. Specifically, the control unit 17 stops the boosting by the boosting circuit unit 14, stops the operation of the DC load 3, and causes the switching unit 12 to open the switch. The control unit 17 causes the switching unit 12 to open the switch so that the inrush current flowing through the power supply device 1 when the AC power supply 2 is restored flows through the resistor 11 and suppresses the inrush current at the time of power restoration. it can. Further, the protection setting unit 16 does not change the setting of the protection voltage until the AC power supply 2 recovers from the instantaneous power failure.
  • the boosting circuit unit 14 stops boosting, so that the smoothing capacitor voltage reaches a voltage exceeding ⁇ 2 times the AC voltage of the AC power supply 2. do not do.
  • the protection setting unit 16 performs the same processing as when the boosting of the boosting circuit unit 14 is stopped. That is, when the recovery setting is detected by the AC voltage detected by the AC voltage detection unit 19, the protection setting unit 16 keeps the setting of the protection voltage and prohibits the change until T_stable2 elapses, and T_stable2 elapses. After that, change the protection voltage setting. Specifically, the protection setting unit 16 calculates the second protection voltage from the above-described equation (1) based on the AC voltage detected by the AC voltage detection unit 19 after T_stable2 has elapsed, 2 Change the protection voltage setting to protection voltage.
  • the power supply device 1 can protect the DC load 3 even when the smoothing capacitor voltage has not reached the target boost level by setting T_stable1.
  • the protection setting unit 16 performs the same processing as when the boosting of the boosting circuit unit 14 is stopped. That is, when the recovery setting is detected by the AC voltage detected by the AC voltage detection unit 19, the protection setting unit 16 keeps the setting of the protection voltage and prohibits the change until T_stable2 elapses, and T_stable2 elapses.
  • the protection setting unit 16 calculates the second protection voltage from the above-described equation (1) based on the AC voltage detected by the AC voltage detection unit 19 after T_stable2 has elapsed, 2 Change the protection voltage setting to protection voltage.
  • the second protection voltage is set as the protection voltage by the protection setting unit 16.
  • the second protection voltage is the protection voltage 1.
  • the second protection voltage is the protection voltage 2 when “first protection voltage ⁇ second protection voltage”.
  • the protection setting unit 16 When boosting by the boosting circuit unit 14 is started, the protection setting unit 16 does not count T_stable1, that is, does not set T_stable1, and sets the second protection voltage to the protection voltage.
  • FIG. 6A shows an operating state or a stopped state of the DC load 3
  • FIG. 6B shows an ON state or an OFF state of the switching element 22
  • FIG. 6 (d) shows a waveform of the smoothing capacitor voltage detected by the DC voltage detector 15,
  • FIG. 6 (e) shows an open or short circuit of the switch of the switching unit 12.
  • FIG. 6A shows an operating state or a stopped state of the DC load 3
  • FIG. 6B shows an ON state or an OFF state of the switching element 22
  • FIG. 6 (d) shows a waveform of the smoothing capacitor voltage detected by the DC voltage detector 15,
  • FIG. 6 (e) shows an open or short circuit of the switch of the switching unit 12.
  • FIG. 6A shows an operating state or a stopped state of the DC load 3
  • FIG. 6B shows an ON state or an OFF state of the switching element 22
  • FIG. 6 (d) shows a waveform of the smoothing capacitor voltage detected by the DC voltage detector 15
  • FIG. 6 (e) shows an open or short circuit
  • the booster circuit unit 14 operates as an active converter during the boosting period, and the smoothing capacitor voltage rises until the target boosted level is reached under the control of the control unit 17.
  • the peak value of the AC voltage of the AC power supply 2 is equal to or higher than the value boosted by the booster circuit unit 14 by “first protection voltage ⁇ second protection voltage”. Therefore, the smoothing capacitor voltage matches the peak value of the AC voltage of the AC power supply 2.
  • the protection setting unit 16 sets the protection voltage to the second protection voltage and does not count T_stable1 because the smoothing capacitor voltage is equal to or higher than the target boost level.
  • the protection setting unit 16 sets the second protection voltage to the protection voltage without providing T_stable1.
  • the protection operation by the control unit 17 is performed. Therefore, the boosting of the boosting circuit unit 14 is stopped until the AC power supply 2 is restored. Therefore, the smoothing capacitor voltage does not reach a voltage exceeding ⁇ 2 times the AC voltage of the AC power supply 2.
  • the protection setting unit 16 does not change the setting of the protection voltage until the AC power supply 2 is restored.
  • the protection setting unit 16 performs the same processing as when the boosting of the boosting circuit unit 14 is stopped. That is, when the recovery setting is detected by the AC voltage detected by the AC voltage detection unit 19, the protection setting unit 16 keeps the setting of the protection voltage and prohibits the change until T_stable2 elapses, and T_stable2 elapses. After that, change the protection voltage setting. Specifically, the protection setting unit 16 calculates the second protection voltage from the above-described equation (1) based on the AC voltage detected by the AC voltage detection unit 19 after T_stable2 has elapsed, 2 Change the protection voltage setting to protection voltage.
  • FIG. 7A shows an operating state or a stopped state of the DC load 3
  • FIG. 7B shows an ON state or an OFF state of the switching element 22
  • FIG. 7 (d) shows a waveform of the smoothing capacitor voltage detected by the DC voltage detector 15,
  • FIG. 7 (e) shows an open or short circuit of the switch of the switching unit 12.
  • FIG. 7A shows an operating state or a stopped state of the DC load 3
  • FIG. 7B shows an ON state or an OFF state of the switching element 22
  • FIG. 7 (d) shows a waveform of the smoothing capacitor voltage detected by the DC voltage detector 15,
  • FIG. 7 (e) shows an open or short circuit of the switch of the switching unit 12.
  • FIG. 7A shows an operating state or a stopped state of the DC load 3
  • FIG. 7B shows an ON state or an OFF state of the switching element 22
  • FIG. 7 (d) shows a waveform of the smoothing capacitor voltage detected by the DC voltage detector 15
  • FIG. 7 (e) shows an open or short circuit
  • the protection setting unit 16 When boosting is performed by the boosting circuit unit 14, the protection setting unit 16 maintains the set protection voltage and continues the boosting, and the boosting of the boosting circuit unit 14 is controlled by the control unit 17. When stopped, the currently set protection voltage is changed to the second protection voltage. During the period when no instantaneous power failure has occurred, the protection setting unit 16 calculates the second protection voltage based on the AC voltage detected by the AC voltage detection unit 19, and does not count T_stable2 for protection. Change the voltage setting.
  • the smoothing capacitor voltage does not reach a voltage exceeding ⁇ 2 times the AC voltage of the AC power supply 2. Further, when the first protection voltage is set to the protection voltage, even if the setting is immediately changed from the first protection voltage to the second protection voltage, “smoothing capacitor voltage> protection voltage” is obtained. When the 2 protection voltage is set to the protection voltage, the second protection voltage remains, so that “smoothing capacitor voltage> protection voltage”. Therefore, the control unit 17 does not cause the switching unit 12 to open the switch. Further, the control unit 17 does not need to step down the boost level of the booster circuit unit 14 to stop it, and can immediately stop boosting of the booster circuit unit 14.
  • the power supply device 1 does not affect the operating state of the booster circuit unit 14 and the fluctuation of the AC voltage, and the second power source device 1 is within ⁇ Vrush which is a limit value for the inrush current of the semiconductor elements constituting the booster circuit unit 14.
  • a protection voltage can be set, and when the AC power supply 2 recovers from an instantaneous power failure, the switch of the switching unit 12 is opened, and the resistor 11 suppresses the inrush current. Can be suppressed.
  • the power supply device 1 sets the first protection voltage or the second protection voltage to the protection voltage based on the boosting of the boosting circuit unit 14 or the stopping of the boosting, when the boosting of the boosting circuit unit 14 needs to be stopped
  • the boosting level of the booster circuit unit 14 does not need to be lowered and stopped step by step, and the boosting of the booster circuit unit 14 can be stopped immediately. Loss can be reduced and energy can be saved.
  • the power supply device 1 can reduce the semiconductor element constituting the booster circuit unit 14 by suppressing the inrush current at the time of power recovery, and can realize low cost.
  • the power supply device 1 can achieve cost reduction by miniaturization when the semiconductor element constituting the booster circuit unit 14 is constituted by a wide band gap semiconductor made of expensive SiC, GaN, or diamond.
  • the operation control unit 18 constituting the protection setting unit 16 and the control unit 17 described above includes a CPU 101 that performs calculation, a ROM 102 that stores a program read by the CPU 101, and a storage in the ROM 102.
  • the program may be composed of a RAM 103 in which the program being developed is developed and an interface 104 for inputting and outputting signals.
  • Each component of the operation control unit 18 is programmed and stored in the ROM 102.
  • the interface 104 receives a smoothing capacitor voltage from the DC voltage detection unit 15 and receives an AC voltage from the AC voltage detection unit 19. Further, the interface 104 outputs a signal for stopping or operating the boosting of the booster circuit unit 14, outputting a signal for opening or shorting the switch to the switching unit 12, and a signal for stopping or starting the operation of the DC load 3. Is output.
  • the CPU 101 reads the program stored in the ROM 102, expands the read program in the RAM 103, calculates the first protection voltage based on the boosted level by the booster circuit unit 14, and detects the AC detected by the AC voltage detector 19.
  • the second protection voltage is calculated based on the voltage, the first protection voltage and the second protection voltage are compared, and an operation for setting one of them as the protection voltage is performed.
  • the CPU 101 compares the smoothing capacitor voltage detected by the DC voltage detection unit 15 with the protection voltage, and when the comparison result shows that the smoothing capacitor voltage is lower than the protection voltage, the CPU 101 switches to the switching unit 12 via the interface 104. Is output, a signal for stopping the boosting is output to the booster circuit unit 14, and a signal for stopping the operation of the DC load 3 is output.
  • the configuration described in the above embodiment shows an example of the contents of the present invention, and can be combined with another known technique, and can be combined with other configurations without departing from the gist of the present invention. It is also possible to omit or change the part.
  • 1 power supply device 2 AC power supply, 3 DC load, 11 resistor, 12 switching unit, 13 rectifier circuit unit, 14 booster circuit unit, 15 DC voltage detection unit, 16 protection setting unit, 17 control unit, 18 operation control unit, 19 AC voltage detector, 21 reactor, 22 switching element, 23 diode, 24 smoothing capacitor.

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Abstract

交流電源２から供給される電流を制限する抵抗器１１と、抵抗器１１と並列に接続されるスイッチング部１２と、抵抗器１１およびスイッチング部１２の後段に接続され、交流電源２の交流電圧を整流する整流回路部１３と、整流された直流電圧の昇圧を行う昇圧回路部１４と、昇圧回路部１４から出力される直流電圧を検出する直流電圧検出部１５と、交流電源２の交流電圧を検出する交流電圧検出部１９と、昇圧回路部１４による昇圧レベルに基づいて算出した第１保護電圧と、交流電圧検出部１９により検出された交流電圧に基づいて算出した第２保護電圧との比較を行い、いずれか一方を保護電圧に設定する保護設定部１６と、直流電圧が保護設定部１６により設定されている保護電圧を下回った場合、スイッチング部１２を開放させ、昇圧回路部１４による昇圧を停止させる制御部１７とを備える。これにより、復電時に発生する突入電流を抑制することができる。

Description

電源装置
　本発明は、交流電圧を直流電圧に変換する電源装置に関する。
　電源装置は、電源投入時において、平滑コンデンサを充電する際に突入電流が流れることがある。電源装置は、当該突入電流によって素子が損なわれることを防ぐために、抵抗器を平滑コンデンサと直列に接続する構成を採用し、電源投入時の突入電流を抑制している。
　特許文献１では、突入電流抑制抵抗器を備える過電流保護回路の両端にリレーを接続し、電源投入時はリレーを開状態にして、平滑用コンデンサの充電電流を突入電流抑制抵抗器により熱消費し、電源投入時の突入電流を抑制する電源装置が開示されている。特許文献１の電源装置は、平滑コンデンサへの充電が完了すると、リレーを閉状態にして突入電流制限抵抗器を切り離して、突入電流制限抵抗器をバイパスさせずにリレーに電流を流している。
　特許文献２では、瞬時停電により電源の瞬間的な遮断が発生したとき、平滑コンデンサの両端電圧と設定した保護電圧とを比較し、当該比較の結果に基づいて突入電流制限抵抗器と並列に接続されたリレーを制御することによって、突入電流を抑制する電源装置が開示されている。
特開２００８－２５２９６６号公報 特開平５－３１６６４０号公報
　ところで、特許文献１および特許文献２の電源装置は、平滑コンデンサの両端電圧が設定した保護電圧を下回ると、運転を停止し、リレーを開放状態にすることによって、瞬時停電からの復電時に平滑コンデンサへ流れる突入電流を抑制している。
　特許文献１および特許文献２の電源装置は、瞬時停電により電源の瞬間的な遮断が発生し、平滑コンデンサの両端電圧が保護電圧を下回らないで復電した場合には、リレーが開放状態にならず短絡状態のままになり、突入電流が突入電流抑制抵抗を流れずに、リレーを介して平滑コンデンサへ流れてしまい、突入電流を抑制できないという問題が生ずる。
　また、瞬時停電からの復電時に発生する突入電流の大きさは、瞬時停電から復電する直前の平滑コンデンサの両端電圧と、瞬時停電から復電するときの交流電圧との差に左右される。よって、特許文献２の電源装置は、保護電圧の設定範囲で突入電流を抑制するためには、電流耐力が高く、かつ突入電流にも耐えられる高価な素子によって構成する必要がある。
　本発明は、上記に鑑みてなされたものであり、電流耐力が高くて突入電流に耐えられる素子を用いることなく、昇圧回路部の動作状態および交流電圧の変動に影響せずに、復電時に発生する突入電流を抑制することができる電源装置を提供することを目的とする。
　上述した課題を解決し、目的を達成するために、本発明に係る電源装置は、交流電源から供給される電流を制限する抵抗器と、抵抗器と並列に接続されるスイッチング部と、抵抗器およびスイッチング部の後段に接続され、交流電源の交流電圧を整流する整流回路部と、整流回路部により整流された直流電圧の昇圧を行う昇圧回路部と、昇圧回路部から出力される直流電圧を検出する直流電圧検出部と、交流電源の交流電圧を検出する交流電圧検出部と、昇圧回路部による昇圧レベルに基づいて第１保護電圧を算出し、交流電圧検出部により検出された交流電圧に基づいて第２保護電圧を算出し、第１保護電圧と第２保護電圧との比較を行い、いずれか一方を保護電圧に設定する保護設定部と、直流電圧が保護設定部により設定されている保護電圧を下回った場合、スイッチング部を開放させ、昇圧回路部による昇圧を停止させる制御部とを備え、保護設定部は、制御部が昇圧回路部の昇圧を停止させた場合、第２保護電圧を保護電圧に設定する。
　本発明によれば、昇圧回路部の動作状態および交流電圧の変動に影響せずに、復電時に発生する突入電流を抑制することができる。
実施の形態に係る電源装置の構成図 第２保護電圧の設定レベルと、昇圧回路部を構成する半導体素子の突入電流に対する限界値との関係を示す図 昇圧回路部の停止時において、瞬時停電が生じてから交流電源が復帰するまでの間の電源装置の動作を示す図 昇圧回路部の動作時において、第１保護電圧が保護電圧として設定されたときの瞬時停電が生じてから交流電源が復帰するまでの間の電源装置の動作を示す図 昇圧回路部の動作時において、第１遷移期間の経過中に瞬時停電が生じてから交流電源が復帰するまでの電源装置の動作を示す図 昇圧回路部の動作時において、第２保護電圧が保護電圧として設定されたときの瞬時停電が生じてから交流電源が復帰するまでの電源装置の動作を示す図 昇圧回路部が動作状態から停止状態になったときの保護電圧の設定する際の電源装置の動作を示す図 実施の形態に係る動作制御部の構成を示すブロック図
　以下に、本発明の実施の形態に係る電源装置を図面に基づいて詳細に説明する。なお、この実施の形態によりこの発明が限定されるものではない。
実施の形態
　図１は、実施の形態に係る電源装置１の構成図である。図２は、第２保護電圧の設定レベルと、昇圧回路部を構成する半導体素子の突入電流に対する限界値との関係を示す図である。図３は、昇圧回路部の停止時において、瞬時停電が生じてから交流電源が復帰するまでの間の電源装置の動作を示す図である。図４は、昇圧回路部の動作時において、第１保護電圧が保護電圧として設定されたときの瞬時停電が生じてから交流電源が復帰するまでの間の電源装置の動作を示す図である。図５は、昇圧回路部の動作時において、第１遷移期間の経過中に瞬時停電が生じてから交流電源が復帰するまでの電源装置の動作を示す図である。図６は、昇圧回路部の動作時において、第２保護電圧が保護電圧として設定されたときの瞬時停電が生じてから交流電源が復帰するまでの電源装置の動作を示す図である。図７は、昇圧回路部が動作状態から停止状態になったときの保護電圧の設定する際の電源装置の動作を示す図である。図８は、実施の形態にかかる動作制御部１８の構成を示すブロック図である。
　電源装置１は、外部電源である交流電源２と直流負荷３とに接続されており、交流電源２から供給される交流電圧を直流電圧に変換し、変換後の直流電圧を直流負荷３に供給する装置である。
　電源装置１は、電流を制限する抵抗器１１と、開放または短絡を行うスイッチング部１２と、交流電圧を整流する整流回路部１３と、直流電圧の昇圧を行う昇圧回路部１４と、直流電圧を検出する直流電圧検出部１５と、保護電圧を設定する保護設定部１６と、スイッチング部１２および昇圧回路部１４を制御する制御部１７と、交流電圧を検出する交流電圧検出部１９とを備える。なお、保護設定部１６と制御部１７とは、動作制御部１８を構成している。
　抵抗器１１は、復電時に交流電源２から供給される突入電流を制限する。スイッチング部１２は、リレーによって構成されており、抵抗器１１に並列に接続される。なお、スイッチング部１２は、リレーではなく、ＩＧＢＴ（Ｉｎｓｕｌａｔｅｄ　Ｇａｔｅ　Ｂｉｐｏｌａｒ　Ｔｒａｎｓｉｓｔｏｒ）またはＭＯＳＦＥＴ（Ｍｅｔａｌ－Ｏｘｉｄｅ－Ｓｅｍｉｃｏｎｄｕｃｔｏｒ　Ｆｉｅｌｄ－Ｅｆｆｅｃｔ　Ｔｒａｎｓｉｓｔｏｒ）で構成されてもよい。スイッチング部１２のスイッチが開放されている場合には、交流電源２から供給される電流は、抵抗器１１を通過して整流回路部１３に供給される。スイッチング部１２が短絡されている場合には、交流電源２から供給される電流は、スイッチング部１２を通過して整流回路部１３に供給される。
　整流回路部１３は、抵抗器１１およびスイッチング部１２の後段に接続され、交流電圧を整流する。
　昇圧回路部１４は、昇圧チョッパ回路部とも称し、整流回路部１３により整流された直流電圧を設定した電圧まで昇圧を行う。ここで、昇圧回路部１４の構成について説明する。
　昇圧回路部１４は、昇圧用のリアクタ２１と、スイッチングを行うスイッチング素子２２と、逆流を防止するダイオード２３と、整流回路部１３によって整流された電圧を平滑する平滑コンデンサ２４とを備える。なお、スイッチング素子２２は、ＩＧＢＴまたはＭＯＳＦＥＴが例示される。
　リアクタ２１とダイオード２３とは、整流回路部１３の高圧側と、平滑コンデンサ２４との間に直列に接続されている。ダイオード２３は、アノードがリアクタ２１に接続され、カソードが直流負荷３に接続されている。リアクタ２１とダイオード２３との間には、高圧側から低圧側を接続する配線上にスイッチング素子２２が接続されている。
　昇圧回路部１４は、スイッチング素子２２がオン状態のときにリアクタ２１にエネルギーを蓄積し、スイッチング素子２２がオフ状態のときにリアクタ２１から発生する逆起電力を利用して平滑コンデンサ２４に充電する。また、昇圧回路部１４は、スイッチング素子２２のオン状態およびオフ状態を設定された周期で繰り返すことにより、昇圧動作を行う。なお、設定された周期とは、昇圧動作を行うことができる周期をいう。なお、昇圧回路部を構成する半導体素子であるスイッチング素子２２およびダイオード２３は、ワイドバンドギャップ半導体であってもよい。さらに、ワイドバンドギャップ半導体は、ＳｉＣ、ＧａＮまたはダイヤモンドであってもよい。昇圧回路部１４は、上述した構成に限定されるものではなく、交流電源を整流し、任意の直流電圧に昇圧する構成させるものであればよい。平滑コンデンサ２４は、充放電を繰り返しながら、電圧を平滑化する。
　また、昇圧回路部１４は、昇圧を行わない場合には、スイッチング素子２２を常時オフ状態にすることで、パッシブコンバータで動作し、整流回路部１３により整流された電圧を昇圧せずに平滑化して直流負荷３に供給する。
　直流電圧検出部１５は、昇圧回路部１４から出力される直流電圧である平滑コンデンサ電圧を検出する。具体的には、直流電圧検出部１５は、平滑コンデンサ２４の両端電圧である平滑コンデンサ電圧を検出する。なお、平滑コンデンサ電圧は、直流母線電圧に等しい。
　保護設定部１６は、制御部１７から昇圧回路部１４に出力される制御信号を常時取得し、当該制御信号に基づいて、昇圧回路部１４の動作状態である昇圧レベルおよび停止状態を把握する。保護設定部１６は、昇圧回路部１４による昇圧レベルに基づいて第１保護電圧を算出し、交流電圧検出部１９により検出された交流電圧に基づいて第２保護電圧を算出し、第１保護電圧と第２保護電圧との比較を行い、いずれか一方を保護電圧に設定する。なお、昇圧レベルは、制御部１７によって任意のタイミングで更新された昇圧レベルＬ１に基づいて新たに第１保護電圧を算出し、新たな第１保護電圧と第２保護電圧との比較を行い、いずれか一方を保護電圧に設定する構成でもよい。
　制御部１７は、直流電圧検出部１５により検出された平滑コンデンサ電圧と保護設定部１６により設定されている保護電圧とを比較し、比較した結果に基づいて、昇圧回路部１４の昇圧を停止または動作させ、スイッチング部１２にスイッチの開放または短絡をさせ、直流負荷３に動作の停止または始動をさせる。具体的には、制御部１７は、平滑コンデンサ電圧が保護電圧を下回った場合、スイッチング部１２にスイッチを開放させ、昇圧回路部１４の昇圧を停止させ、直流負荷３の動作を停止させる。
　ここで、昇圧回路部１４の昇圧が停止している場合における制御部１７と保護設定部１６との具体的な動作と、昇圧回路部１４が昇圧をしている場合における制御部１７と保護設定部１６との具体的な動作について、図２から図７を用いて説明する。
　（昇圧回路部１４の昇圧が停止している場合）
　昇圧回路部１４の昇圧が停止している場合について、図２および図３を用いて説明する。図２（ａ）は、交流電源２から供給される交流電圧の波形を示し、図２（ｂ）は、直流電圧検出部１５により検出される平滑コンデンサ電圧の波形を示す。なお、以下では、図２中のｔ１において瞬時停電が発生した場合を想定する。保護設定部１６は、交流電圧検出部１９より検出された交流電圧に基づいて、第２保護電圧を算出する。保護設定部１６は、設定されている下限値を下回らないように保護電圧を設定する。具体的には、保護設定部１６は、製品を保証する直流母線電圧の下限値をＶｄｃ_Ｕｎｄｅｒとし、昇圧回路部１４を構成する半導体素子の突入電流に対する限界値をΔＶｒｕｓｈとし、「Ｖｄｃ＿Ｕｎｄｅｒ≦第２保護電圧」を条件として、（１）式から第２保護電圧を算出する。なお、ΔＶｒｕｓｈは、図２に示すように、瞬時停電が発生し、平滑コンデンサ電圧が第２保護電圧の設定レベルまで低下したときの値である。
　第２保護電圧＝交流電圧×√２－ΔＶｒｕｓｈ・・・（１）
　また、保護設定部１６は、「Ｖｄｃ＿Ｕｎｄｅｒ＞第２保護電圧」の場合は、第２保護電圧をＶｄｃ＿Ｕｎｄｅｒに設定する。なお、保護設定部１６は、昇圧回路部１４を構成する半導体素子の突入電流に対する限界値であるΔＶｒｕｓｈ以内になるように第２保護電圧を算出すればよく、Ｖｄｃ_Ｕｎｄｅｒが存在しない場合には、下限値を設定しなくてもよい。
　また、保護設定部１６は、昇圧回路部１４による昇圧レベルに基づいて第１保護電圧を算出する。昇圧回路部１４の昇圧が停止している場合は、保護設定部１６は、第１保護電圧と第２保護電圧との比較を行わず、第２保護電圧を保護電圧に設定する。
　つぎに、保護設定部１６の動作について、図３を用いて説明する。図３（ａ）は、直流負荷３の運転状態または停止状態を示し、図３（ｂ）は、交流電源２から供給される交流電圧の波形を示し、図３（ｃ）は、直流電圧検出部１５により検出される平滑コンデンサ電圧の波形を示し、図３（ｄ）は、スイッチング部１２のスイッチの開放または短絡を示す図である。保護設定部１６は、瞬時停電が発生していない期間においては、交流電圧検出部１９より検出した交流電圧に基づいて、所定時間ごとに、（１）式から第２保護電圧を算出し、算出した第２保護電圧に保護電圧を更新してゆく。図３では、電源周期毎に保護電圧を更新してゆく場合を示している。保護設定部１６は、図３（ｂ）中に示すＡ１時点の交流電圧に基づいて、第２保護電圧Ａ２を算出し、当該第２保護電圧Ａ２を保護電圧に設定する。また、保護設定部１６は、図３（ｂ）中に示すＢ１時点の交流電圧に基づいて、第２保護電圧Ｂ２を算出し、第２保護電圧Ｂ２を保護電圧に設定する。なお、図３に示す例では、交流電源２の変動が「Ａ１＜Ｂ１」になっているため、「第２保護電圧Ａ２＜第２保護電圧Ｂ２」になるが、交流電源２の変動が「Ａ１＞Ｂ１」の場合には、「第２保護電圧Ａ２＞第２保護電圧Ｂ２」になる。
　上述では、電源周期毎に保護電圧を更新すると説明したが、設定された時間間隔で保護電圧を更新してもよい。保護設定部１６は、設定された時間間隔で保護電圧を更新することにより、交流電源２の交流電圧が変動した場合でも、当該変動した交流電圧に対応した保護電圧に設定することができる。さらに、保護設定部１６は、Ｖｄｃ_Ｕｎｄｅｒを設けたことにより、製品保証外の動作時には、直流負荷３の保護を行うことができる。
　つぎに、瞬時停電が発生した場合における電源装置１の動作について、図３を用いて説明する。なお、以下では、図３中のｔ１１において瞬時停電が発生し、図３中のｔ１２において制御部１７による保護動作が開始され、図３中のｔ１３において復電となり、図３中のｔ１４において第２保護電圧の算出を開始し、図３中のｔ１５において直流負荷３の復帰動作が行われる場合を想定する。昇圧回路部１４は、昇圧を行わない場合には、スイッチング素子２２を常時オフ状態にすることで、パッシブコンバータで動作する。よって、直流電圧検出部１５により検出される平滑コンデンサ電圧は、交流電源２から供給される交流電圧のピーク値に一致する。
　瞬時停電が発生した場合、交流電源２は、図３（ｂ）に示すように、電源装置１への交流電圧の供給を停止する。昇圧回路部１４は、パッシブコンバータで動作をする。よって、平滑コンデンサ電圧は、図３（ｃ）に示すように、低下してゆく。また、保護設定部１６は、保護電圧を変更しない。具体的には、保護設定部１６は、図３（ｃ）に示すように、保護電圧に設定されている第２保護電圧Ｂ２を変更せずに維持する。
　制御部１７は、図３中のｔ１２において、直流電圧検出部１５により検出された平滑コンデンサ電圧が保護設定部１６により設定された保護電圧を下回ったことを検出し、保護動作を開始する。具体的には、制御部１７は、図３（ａ）に示すように、直流負荷３の動作を停止させる。また、制御部１７は、図３（ｄ）に示すように、スイッチング部１２にスイッチを開放させる。制御部１７は、スイッチング部１２にスイッチを開放させることにより、交流電源２が復電したときに電源装置１に流れる突入電流を抵抗器１１に流し、復電時の突入電流を抑制することができる。
　交流電源２が瞬時停電からの復電した時は、保護設定部１６は、平滑コンデンサ電圧が遷移する期間である第２遷移期間が経過した後に、交流電圧検出部１９より検出された交流電圧に基づいて、上述した（１）式から第２保護電圧を算出し、算出した第２保護電圧を保護電圧に設定する。なお、以下では、第２遷移期間をＴ＿ｓｔａｂｌｅ２と称する。
　ここで、Ｔ＿ｓｔａｂｌｅ２について説明する。平滑コンデンサ電圧は、交流電源２の交流電圧の√２倍の値まで上昇する。なお、交流電圧の√２倍の値は、ピーク値である。よって、制御部１７は、平滑コンデンサ電圧が上昇する前に、平滑コンデンサ電圧が保護電圧を下回ったと検知してしまう可能性がある。
　つまり、電源装置１は、平滑コンデンサ電圧の上昇がピーク値に到達する前に保護電圧が変更されてしまうと、「平滑コンデンサ電圧≦保護電圧」の状態になり、制御部１７の保護動作により、昇圧回路部１４の昇圧の停止が継続し、かつ、直流負荷３の動作の停止が継続してしまい、起動不良が発生してしまう。
　そこで、保護設定部１６は、交流電源２の交流電圧の供給が停止した直後に平滑コンデンサ電圧が保護電圧を下回り、交流電圧検出部１９により検出された交流電圧により復電を検知しても、Ｔ＿ｓｔａｂｌｅ２が経過するまでは、保護電圧の設定を保持して変更を禁止し、交流電源２の交流電圧の供給が開始され、Ｔ＿ｓｔａｂｌｅ２が経過した後に、保護電圧の設定を変更する。具体的には、保護設定部１６は、Ｔ＿ｓｔａｂｌｅ２が経過した後に、図３（ｂ）中に示すＣ１時点の交流電圧に基づいて、上述した（１）式から第２保護電圧Ｃ２を算出し、第１保護電圧Ｂ２から第２保護電圧Ｃ２に保護電圧の設定を変更する。なお、図３中のｔ１２における保護動作が開始されてからＴ＿ｓｔａｂｌｅ２が経過するまでは、平滑コンデンサ電圧が保護電圧より大きくなっても、制御部１７は、保護動作を継続させる。
　よって、電源装置１は、Ｔ＿ｓｔａｂｌｅ２が経過した後、「平滑コンデンサ電圧＞保護電圧」になるので、制御部１７による保護動作が行われず、起動不良を防止することができる。
　（昇圧回路部１４が昇圧する場合）
　つぎに、昇圧回路部１４が昇圧の動作をしている場合について、図４から図７を用いて説明する。保護設定部１６は、昇圧回路部１４による昇圧レベルに基づいて第１保護電圧を算出し、交流電圧検出部１９により検出された交流電圧に基づいて第２保護電圧を算出し、第１保護電圧と第２保護電圧との比較を行う。なお、保護設定部１６は、上述した（１）式から第２保護電圧を算出する。
　以下では、保護設定部１６により設定されている保護電圧による設定手順を説明する。具体的には、「第１保護電圧≧第２保護電圧」の場合には、第１保護電圧を保護電圧に設定する。また、「第１保護電圧＜第２保護電圧」の場合には、第２保護電圧を保護電圧に設定する。以下では、「第１保護電圧≧第２保護電圧」の場合と、「第１保護電圧＜第２保護電圧」の場合とに分けて説明する。
　（「第１保護電圧≧第２保護電圧」の場合）
　保護設定部１６は、昇圧回路部１４により昇圧が開始され、平滑コンデンサ電圧が遷移する期間である第１遷移期間が経過した後に、第２保護電圧から第１保護電圧に保護電圧の設定を変更する。以下では、第１遷移期間をＴ＿ｓｔａｂｌｅ１と称する。
　ここで、瞬時停電が発生した場合における電源装置１の動作について、図４を用いて説明する。図４（ａ）は、直流負荷３の運転状態または停止状態を示し、図４（ｂ）は、スイッチング素子２２のオン状態またはオフ状態を示し、図４（ｃ）は、交流電源２から供給される交流電圧の波形を示し、図４（ｄ）は、直流電圧検出部１５により検出される平滑コンデンサ電圧の波形を示し、図４（ｅ）は、スイッチング部１２のスイッチの開放または短絡を示す図である。なお、以下では、図４中のｔ２１において瞬時停電が発生し、図４中のｔ２２において制御部１７による保護動作が開始され、図４中のｔ２３において復電となり、図４中のｔ２４において第２保護電圧の算出を開始し、図４中のｔ２５において直流負荷３の復帰動作が行われる場合を想定する。昇圧回路部１４は、制御部１７の制御に基づいて、目標昇圧レベルに到達するまで平滑コンデンサ電圧が上昇する。
　ここで、制御部１７は、平滑コンデンサ電圧が目標昇圧レベルに到達する前に、第２保護電圧から第１保護電圧に保護電圧の設定を変更してしまうと、平滑コンデンサ電圧が保護電圧を下回ったと検知してしまう可能性がある。
　つまり、電源装置１は、平滑コンデンサ電圧が目標昇圧レベルに到達する前に保護電圧が変更されてしまうと、「平滑コンデンサ電圧≦保護電圧」の状態になり、制御部１７の保護動作により、昇圧回路部１４の昇圧が停止し、かつ、直流負荷３の動作が停止してしまう可能性がある。
　そこで、保護設定部１６は、昇圧回路部１４の昇圧が開始されてから、Ｔ＿ｓｔａｂｌｅ１が経過するまでは、保護電圧の設定を保持して変更を禁止し、Ｔ＿ｓｔａｂｌｅ１が経過した後に、第２保護電圧から第１保護電圧に保護電圧の設定を変更する。
　制御部１７は、直流電圧検出部１５により検出された平滑コンデンサ電圧が保護設定部１６により設定された保護電圧を下回ったことを検出した場合、保護動作を開始する。具体的には、制御部１７は、昇圧回路部１４による昇圧を停止させ、直流負荷３の動作を停止させ、スイッチング部１２にスイッチを開放させる。制御部１７は、スイッチング部１２にスイッチを開放させることにより、交流電源２が復電したときに電源装置１に流れる突入電流を抵抗器１１に流し、復電時の突入電流を抑制することができる。また、保護設定部１６は、交流電源２が瞬時停電から復電するまでは、保護電圧の設定を変更しない。
　また、交流電源２が瞬時停電から復電する場合には、昇圧回路部１４の昇圧が停止しているので、平滑コンデンサ電圧は、交流電源２の交流電圧の√２倍を超える電圧には到達しない。交流電源２が瞬時停電から復電した場合、保護設定部１６は、昇圧回路部１４の昇圧が停止したときと同じ処理を行う。すなわち、保護設定部１６は、交流電圧検出部１９により検出された交流電圧により復電を検知した場合、Ｔ＿ｓｔａｂｌｅ２が経過するまでは、保護電圧の設定を保持して変更を禁止し、Ｔ＿ｓｔａｂｌｅ２が経過した後に、保護電圧の設定を変更する。具体的には、保護設定部１６は、Ｔ＿ｓｔａｂｌｅ２が経過した後に、交流電圧検出部１９により検出された交流電圧に基づいて、上述した（１）式から第２保護電圧を算出し、算出した第２保護電圧に保護電圧の設定を変更する。なお、図４中のｔ２２における保護動作が開始されてからＴ＿ｓｔａｂｌｅ２が経過するまでは、平滑コンデンサ電圧が保護電圧より大きくなっても、制御部１７は、保護動作を継続させる。
　つぎに、Ｔ＿ｓｔａｂｌｅ１中に瞬時停電が発生した場合における電源装置１の動作について、図５を用いて説明する。図５（ａ）は、直流負荷３の運転状態または停止状態を示し、図５（ｂ）は、スイッチング素子２２のオン状態またはオフ状態を示し、図５（ｃ）は、交流電源２から供給される交流電圧の波形を示し、図５（ｄ）は、直流電圧検出部１５により検出される平滑コンデンサ電圧の波形を示し、図５（ｅ）は、スイッチング部１２のスイッチの開放または短絡を示す図である。なお、以下では、図５中のｔ３１において瞬時停電が発生し、図５中のｔ３２において制御部１７による保護動作が開始され、図５中のｔ３３において復電となり、図５中のｔ３４において第２保護電圧の算出を開始し、図５中のｔ３５において直流負荷３の復帰動作が行われる場合を想定する。瞬時停電が発生した場合、交流電源２は、図５（ｃ）に示すように、電源装置１への交流電圧の供給を停止する。昇圧回路部１４は、昇圧する電圧がなくなるため、昇圧ができない状態となる。よって、平滑コンデンサ電圧は、図５（ｄ）に示すように、直流負荷３の運転によって下降する。
　制御部１７は、直流電圧検出部１５により検出された平滑コンデンサ電圧が保護設定部１６により設定された保護電圧を下回ったことを検出した場合、保護動作を開始する。具体的には、制御部１７は、昇圧回路部１４による昇圧を停止させ、直流負荷３の動作を停止させ、スイッチング部１２にスイッチを開放させる。制御部１７は、スイッチング部１２にスイッチを開放させることにより、交流電源２が復電したときに電源装置１に流れる突入電流を抵抗器１１に流し、復電時の突入電流を抑制することができる。また、保護設定部１６は、交流電源２が瞬時停電から復電するまでは、保護電圧の設定を変更しない。
　また、交流電源２が瞬時停電から復電する場合には、昇圧回路部１４の昇圧が停止しているので、平滑コンデンサ電圧は、交流電源２の交流電圧の√２倍を超える電圧には到達しない。交流電源２が瞬時停電から復電した場合、保護設定部１６は、昇圧回路部１４の昇圧が停止したときと同じ処理を行う。すなわち、保護設定部１６は、交流電圧検出部１９により検出された交流電圧により復電を検知した場合、Ｔ＿ｓｔａｂｌｅ２が経過するまでは、保護電圧の設定を保持して変更を禁止し、Ｔ＿ｓｔａｂｌｅ２が経過した後に、保護電圧の設定を変更する。具体的には、保護設定部１６は、Ｔ＿ｓｔａｂｌｅ２が経過した後に、交流電圧検出部１９により検出された交流電圧に基づいて、上述した（１）式から第２保護電圧を算出し、算出した第２保護電圧に保護電圧の設定を変更する。
　電源装置１は、Ｔ＿ｓｔａｂｌｅ１を設定することにより、平滑コンデンサ電圧が目標昇圧レベルまで到達していない状態においても、直流負荷３の保護を行うことができる。
　つぎに、交流電源２が瞬時停電から復電したときの保護電圧の設定について説明する。なお、以下では、瞬時停電が発生し、平滑コンデンサ電圧が保護電圧を下回り、制御部１７による保護動作によって、昇圧回路部１４の昇圧および直流負荷３の動作は停止しているものとする。交流電源２が瞬時停電から復電した場合、保護設定部１６は、昇圧回路部１４の昇圧が停止したときと同じ処理を行う。すなわち、保護設定部１６は、交流電圧検出部１９により検出された交流電圧により復電を検知した場合、Ｔ＿ｓｔａｂｌｅ２が経過するまでは、保護電圧の設定を保持して変更を禁止し、Ｔ＿ｓｔａｂｌｅ２が経過した後に、保護電圧の設定を変更する。具体的には、保護設定部１６は、Ｔ＿ｓｔａｂｌｅ２が経過した後に、交流電圧検出部１９により検出された交流電圧に基づいて、上述した（１）式から第２保護電圧を算出し、算出した第２保護電圧に保護電圧の設定を変更する。ここで、保護設定部１６により第２保護電圧が保護電圧として設定されていたとする。当該第２保護電圧は、保護電圧１である。また、保護設定部１６により、第１保護電圧と第２保護電圧を比較したとき、「第１保護電圧＜第２保護電圧」の場合には、第２保護電圧が保護電圧２である。
　（「第１保護電圧＜第２保護電圧」の場合）
　保護設定部１６は、昇圧回路部１４による昇圧が開始された場合、Ｔ＿ｓｔａｂｌｅ１をカウントせず、すなわちＴ＿ｓｔａｂｌｅ１を設定せずに、第２保護電圧を保護電圧に設定する。
　ここで、瞬時停電が発生した場合における電源装置１の動作について、図６を用いて説明する。図６（ａ）は、直流負荷３の運転状態または停止状態を示し、図６（ｂ）は、スイッチング素子２２のオン状態またはオフ状態を示し、図６（ｃ）は、交流電源２から供給される交流電圧の波形を示し、図６（ｄ）は、直流電圧検出部１５により検出される平滑コンデンサ電圧の波形を示し、図６（ｅ）は、スイッチング部１２のスイッチの開放または短絡を示す図である。なお、以下では、図６中のｔ４１において瞬時停電が発生し、図６中のｔ４２において制御部１７による保護動作が開始され、図６中のｔ４３において復電となり、図６中のｔ４４において第２保護電圧の算出を開始し、図６中のｔ４５において直流負荷３の復帰動作が行われる場合を想定する。昇圧回路部１４は、昇圧を行う区間において、アクティブコンバータで動作し、制御部１７の制御に基づいて、目標昇圧レベルに到達するまで平滑コンデンサ電圧が上昇する。なお、「第１保護電圧＜第２保護電圧」により、交流電源２の交流電圧のピーク値は、昇圧回路部１４による昇圧される値以上になっている。よって、平滑コンデンサ電圧は、交流電源２の交流電圧のピーク値に一致する。
　保護設定部１６は、図６（ｄ）に示すように、平滑コンデンサ電圧が目標昇圧レベル以上になっているので、保護電圧を第２保護電圧に設定し、Ｔ＿ｓｔａｂｌｅ１をカウントしない。
　よって、保護設定部１６は、「第２保護電圧＞第１保護電圧」の場合には、Ｔ＿ｓｔａｂｌｅ１を設けずに、第２保護電圧を保護電圧に設定する。なお、瞬時停電が発生し、平滑コンデンサ電圧が保護電圧を下回った場合には、制御部１７による保護動作が行われるので、交流電源２が復電するまでは、昇圧回路部１４の昇圧は停止しているので、平滑コンデンサ電圧は、交流電源２の交流電圧の√２倍を超える電圧には到達しない。なお、保護設定部１６は、交流電源２が復電するまで保護電圧の設定を変更しない。
　交流電源２が瞬時停電から復電した場合、保護設定部１６は、昇圧回路部１４の昇圧が停止したときと同じ処理を行う。すなわち、保護設定部１６は、交流電圧検出部１９により検出された交流電圧により復電を検知した場合、Ｔ＿ｓｔａｂｌｅ２が経過するまでは、保護電圧の設定を保持して変更を禁止し、Ｔ＿ｓｔａｂｌｅ２が経過した後に、保護電圧の設定を変更する。具体的には、保護設定部１６は、Ｔ＿ｓｔａｂｌｅ２が経過した後に、交流電圧検出部１９により検出された交流電圧に基づいて、上述した（１）式から第２保護電圧を算出し、算出した第２保護電圧に保護電圧の設定を変更する。
　つぎに、瞬時停電が発生しない期間における昇圧回路部１４の昇圧および昇圧の停止について、図７を用いて説明する。図７（ａ）は、直流負荷３の運転状態または停止状態を示し、図７（ｂ）は、スイッチング素子２２のオン状態またはオフ状態を示し、図７（ｃ）は、交流電源２から供給される交流電圧の波形を示し、図７（ｄ）は、直流電圧検出部１５により検出される平滑コンデンサ電圧の波形を示し、図７（ｅ）は、スイッチング部１２のスイッチの開放または短絡を示す図である。なお、以下では、図７中のｔ５１において、昇圧回路部１４による昇圧が停止する場合を想定する。保護設定部１６は、「現在設定されている保護電圧≦第１保護電圧」の場合には、Ｔ＿ｓｔａｂｌｅ１が経過した後に第１保護電圧を保護電圧に設定する。また、保護設定部１６は、「現在設定されている保護電圧＞第１保護電圧」の場合には、Ｔ＿ｓｔａｂｌｅ１のカウントをせず、すなわちＴ＿ｓｔａｂｌｅ１を設定せずに、第２保護電圧を保護電圧に設定する。
　保護設定部１６は、昇圧回路部１４により昇圧が行われている場合には、設定されている保護電圧を維持して当該昇圧を継続させ、制御部１７による制御によって昇圧回路部１４の昇圧が停止された場合には、現在設定されている保護電圧を第２保護電圧に変更する。なお、瞬時停電が発生していない期間においては、保護設定部１６は、交流電圧検出部１９により検出された交流電圧に基づいて第２保護電圧を算出し、Ｔ＿ｓｔａｂｌｅ２のカウントをせずに、保護電圧の設定を変更する。
　昇圧回路部１４の昇圧が停止している場合には、平滑コンデンサ電圧は、交流電源２の交流電圧の√２倍を超える電圧には到達しない。また、第１保護電圧が保護電圧に設定されている場合には、第１保護電圧から第２保護電圧にすぐに設定を変更しても「平滑コンデンサ電圧＞保護電圧」になり、また、第２保護電圧が保護電圧に設定されている場合には、第２保護電圧のままとなるので、「平滑コンデンサの電圧＞保護電圧」になる。よって、制御部１７は、スイッチング部１２にスイッチを開放させることはない。また、制御部１７は、昇圧回路部１４の昇圧レベルを段階的に下げて停止させる必要はなく、直ちに昇圧回路部１４の昇圧を停止させることができる。
　よって、電源装置１は、昇圧回路部１４の動作状態および交流電圧の変動に影響せずに、昇圧回路部１４を構成する半導体素子の突入電流に対する限界値であるΔＶｒｕｓｈ以内になるように第２保護電圧を設定することができ、交流電源２が瞬時停電から復電した時には、スイッチング部１２のスイッチが開放されており、抵抗器１１によって突入電流を抑制するので、復電時の突入電流を抑制することができる。電源装置１は、昇圧回路部１４の昇圧または昇圧の停止に基づいて、第１保護電圧または第２保護電圧を保護電圧に設定するので、昇圧回路部１４の昇圧を停止する必要が生じた場合、昇圧回路部１４の昇圧レベルを段階的に下げて停止させる必要はなく、直ちに昇圧回路部１４の昇圧を停止させることができるので、昇圧回路部１４のスイッチング素子２２がオン状態によって発生するスイッチングロスを低減することができ、省エネルギーを図ることができる。また、電源装置１は、復電時の突入電流を抑制することによって、昇圧回路部１４を構成する半導体素子を小型化することができ、低コストを実現することができる。さらに、電源装置１は、昇圧回路部１４を構成する半導体素子が高価なＳｉＣ、ＧａＮまたはダイヤモンドによるワイドバンドギャップ半導体によって構成されている場合、小型化による低コスト化を図ることができる。
　なお、上述した保護設定部１６と制御部１７とを構成する動作制御部１８は、図８に示すように、演算を行うＣＰＵ１０１と、ＣＰＵ１０１により読み取られるプログラムが保存されるＲＯＭ１０２と、ＲＯＭ１０２に保存されているプログラムが展開されるＲＡＭ１０３と、信号の入出力を行うインターフェイス１０４とから構成されてもよい。動作制御部１８の各構成要素は、プログラム化され、ＲＯＭ１０２に保存されている。インターフェイス１０４は、直流電圧検出部１５から平滑コンデンサ電圧が入力され、交流電圧検出部１９から交流電圧が入力される。また、インターフェイス１０４は、昇圧回路部１４の昇圧を停止または動作させる信号を出力し、スイッチング部１２にスイッチの開放または短絡をさせる信号を出力し、直流負荷３に動作の停止または始動をさせる信号を出力する。
　ＣＰＵ１０１は、ＲＯＭ１０２に保存されているプログラムを読み出し、読み出したプログラムをＲＡＭ１０３に展開し、昇圧回路部１４による昇圧レベルに基づいて第１保護電圧を算出し、交流電圧検出部１９により検出された交流電圧に基づいて第２保護電圧を算出し、第１保護電圧と第２保護電圧との比較を行い、いずれか一方を保護電圧に設定する演算を行う。ＣＰＵ１０１は、直流電圧検出部１５により検出された平滑コンデンサ電圧と保護電圧とを比較し、比較した結果から平滑コンデンサ電圧が保護電圧を下回っている場合、インターフェイス１０４を介して、スイッチング部１２にスイッチを開放させる信号を出力し、昇圧回路部１４に昇圧を停止させる信号を出力し、直流負荷３に動作の停止をさせる信号を出力する。
　以上の実施の形態に示した構成は、本発明の内容の一例を示すものであり、別の公知の技術と組み合わせることも可能であるし、本発明の要旨を逸脱しない範囲で、構成の一部を省略、変更することも可能である。
　１　電源装置、２　交流電源、３　直流負荷、１１　抵抗器、１２　スイッチング部、１３　整流回路部、１４　昇圧回路部、１５　直流電圧検出部、１６　保護設定部、１７　制御部、１８　動作制御部、１９　交流電圧検出部、２１　リアクタ、２２　スイッチング素子、２３　ダイオード、２４　平滑コンデンサ。

Claims (8)

  1. 　交流電源から供給される電流を制限する抵抗器と、
    　前記抵抗器と並列に接続されるスイッチング部と、
    　前記抵抗器および前記スイッチング部の後段に接続され、前記交流電源の交流電圧を整流する整流回路部と、
    　前記整流回路部により整流された直流電圧の昇圧を行う昇圧回路部と、
    　前記昇圧回路部から出力される直流電圧を検出する直流電圧検出部と、
    　前記交流電源の交流電圧を検出する交流電圧検出部と、
    　前記昇圧回路部による昇圧レベルに基づいて第１保護電圧を算出し、前記交流電圧検出部により検出された前記交流電圧に基づいて第２保護電圧を算出し、前記第１保護電圧と前記第２保護電圧との比較を行い、いずれか一方を保護電圧に設定する保護設定部と、
    　前記直流電圧が前記保護設定部により設定されている前記保護電圧を下回った場合、前記スイッチング部を開放させ、前記昇圧回路部による昇圧を停止させる制御部とを備え、
    　前記保護設定部は、前記制御部が前記昇圧回路部の昇圧を停止させた場合、前記第２保護電圧を前記保護電圧に設定する電源装置。
  2. 　前記保護設定部は、前記昇圧回路部の動作が停止している場合、前記第２保護電圧を前記保護電圧に設定する請求項１に記載の電源装置。
  3. 　前記保護設定部は、前記昇圧回路部を構成する半導体素子の突入電流に対する限界値以内になるように前記第２保護電圧を算出する請求項１に記載の電源装置。
  4. 　前記保護設定部は、前記昇圧回路部による昇圧が開始され、前記直流電圧が遷移する期間である第１遷移期間が経過した後に、前記第２保護電圧から前記第１保護電圧に前記保護電圧の設定を変更する請求項１に記載の電源装置。
  5. 　前記保護設定部は、前記交流電源の交流電圧の供給が停止した直後に前記直流電圧が前記保護電圧を下回った場合、前記保護電圧を変更せずに保持し、前記交流電源の交流電圧の供給が開始され、前記直流電圧が遷移する期間である第２遷移期間が経過した後に、前記第１保護電圧から前記第２保護電圧に前記保護電圧の設定を変更する請求項１に記載の電源装置。
  6. 　前記保護設定部は、設定されている下限値を下回らないように前記保護電圧を設定する請求項１から５のいずれか一項に記載の電源装置。
  7. 　前記昇圧回路部を構成する半導体素子は、ワイドバンドギャップ半導体である請求項１から６のいずれか一項に記載の電源装置。
  8. 　前記ワイドバンドギャップ半導体は、ＳｉＣ、ＧａＮまたはダイヤモンドである請求項７に記載の電源装置。
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