JP2016152671A - Power supply device with rush current protection function - Google Patents
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Abstract
Description
本発明は、交流電源から電源スイッチを介して入力された交流電圧を整流する第1整流回路と、前記第1整流回路の出力電圧を平滑する第1コンデンサと、前記第1コンデンサで平滑された直流電圧を所定の直流電圧に変換するDC/DCコンバータと、前記第1整流回路と前記第1コンデンサとの間に接続された突入電流保護素子と、前記突入電流保護素子を短絡するスイッチ素子と、前記スイッチ素子を制御する制御部とを備えている突入電流保護機能付電源装置に関する。 The present invention is smoothed by a first rectifier circuit that rectifies an AC voltage input from an AC power supply via a power switch, a first capacitor that smoothes an output voltage of the first rectifier circuit, and the first capacitor. A DC / DC converter that converts a DC voltage into a predetermined DC voltage; an inrush current protection element connected between the first rectifier circuit and the first capacitor; and a switch element that short-circuits the inrush current protection element; The present invention also relates to a power supply device with an inrush current protection function, comprising a control unit that controls the switch element.
特許文献1には、電源スイッチオン時の突入電流を抑制可能な電源回路を得ることを目的として、トランスの2次側に接続したダイオードのカソードと平滑コンデンサとの接続間に、一定以上の電流が流れると抵抗値が急激に増加する過電流保護素子を介挿した電源回路が開示されている。 In Patent Document 1, a current exceeding a certain level is connected between a cathode of a diode connected to the secondary side of a transformer and a smoothing capacitor for the purpose of obtaining a power supply circuit capable of suppressing an inrush current when the power switch is turned on. A power supply circuit is disclosed that includes an overcurrent protection element in which the resistance value increases abruptly when current flows.
特許文献2には、電源投入直後などに負荷を動作させる制御を行なったり負荷に短絡のような異常が発生したりした場合でも、電流制限抵抗における無駄な電力消費及び破損を防止することができる突入電流防止回路が開示されている。 Japanese Patent Application Laid-Open No. 2004-26883 can prevent wasteful power consumption and damage in the current limiting resistor even when control is performed to operate the load immediately after power-on or when an abnormality such as a short circuit occurs in the load. An inrush current prevention circuit is disclosed.
当該突入電流防止回路は、静電容量素子が並列に接続される負荷と電源との間に接続され電流を制限する電流制限抵抗と、電流制限抵抗と並列に接続され電流制限抵抗の両端間の短絡と開放とを切換可能なバイパス手段と、電流制限抵抗の負荷側の電圧を検出する負荷電圧検出手段を備え、電流制限抵抗の両端間を開放にした状態で、負荷電圧検出手段により検出された負荷側の電圧が所定の電圧以上になったときに、バイパス手段で電流制限抵抗の両端間を短絡させてバイパスするように構成されている。 The inrush current prevention circuit includes a current limiting resistor that is connected between a load and a power source connected in parallel with a capacitive element, and a current limiting resistor, and is connected in parallel with the current limiting resistor between both ends of the current limiting resistor. It is equipped with bypass means that can switch between short-circuit and open-circuit, and load voltage detection means that detects the voltage on the load side of the current limiting resistor, and is detected by the load voltage detecting means with both ends of the current limiting resistor open. When the voltage on the load side becomes equal to or higher than a predetermined voltage, the bypass means is configured to short-circuit between both ends of the current limiting resistor to bypass.
図3に示すように、一般に、交流電源AC1から電源スイッチSW1を介して入力された交流電圧を整流する整流回路10と、整流回路10の出力電圧を平滑するコンデンサCと、コンデンサCで平滑された直流電圧を所定の直流電圧に変換するDC/DCコンバータ20とを備えた突入電流保護機能付電源装置100が用いられている。尚、当該突入電流保護機能付電源装置100に接続される負荷Lとして、さらに他の負荷に給電する電源回路が接続されるような場合もある。例えばプラズマ装置に給電するようなRF電源回路等である。
As shown in FIG. 3, generally, the
そして、入力交流電圧が変動した場合でもDC/DCコンバータ20への入力電圧を安定に維持するために、容量の大きな電解コンデンサCが平滑用のコンデンサに用いられている。
In order to keep the input voltage to the DC /
そのような突入電流保護機能付電源装置100では、整流回路10とコンデンサCとの間に電流制限抵抗素子Rが設けられるとともに当該電流制限抵抗素子Rを短絡するスイッチ素子SW2が電流制限抵抗素子Rと並列に接続され、電源スイッチSW1のオン時にスイッチ素子SW2をオフして電流制限抵抗素子Rを介して負荷Lに給電することで突入電流を抑制し、その後にコンデンサCの両端の電圧が所定の閾値電圧を超えて所定時間経過するとスイッチ素子SW2をオンして電流制限抵抗素子Rを短絡する制御部30を備えている。
In such a power supply device 100 with an inrush current protection function, the current limiting resistance element R is provided between the
図4には、電源スイッチSW1がオンされた後、スイッチ素子SW2がオフされて電流制限抵抗素子Rにより負荷への突入電流が抑制され、その後制御部30によってスイッチ素子SW2がオンされ、電流制限抵抗素子Rが短絡されるタイミングが示されている。
In FIG. 4, after the power switch SW <b> 1 is turned on, the switch element SW <b> 2 is turned off and the inrush current to the load is suppressed by the current limiting resistor element R, and then the switch element SW <b> 2 is turned on by the
しかし、図4に示すように、平滑用のコンデンサCの容量が大きいため、DC/DCコンバータ20に接続された負荷Lの特性によっては、電源スイッチSW1をオフしてもコンデンサCの両端電圧が閾値電圧より高い状態が維持される場合があり、コンデンサCの両端電圧が閾値電圧よりも低下するまでの遅延時間に電源スイッチSW1を再度オンすると直ちにスイッチ素子SW2がオンされて過大な突入電流が流れるという問題があった。
However, as shown in FIG. 4, since the capacity of the smoothing capacitor C is large, depending on the characteristics of the load L connected to the DC /
本発明の目的は、上述した問題点に鑑み、電源スイッチがオフされた後直ちにオンされた場合でも確実に突入電流を制限することができる突入電流保護機能付電源装置を提供する点にある。 In view of the above-described problems, an object of the present invention is to provide a power supply device with an inrush current protection function capable of reliably limiting an inrush current even when the power switch is turned on immediately after being turned off.
上述の目的を達成するため、本発明による突入電流保護機能付電源装置の第一の特徴構成は、特許請求の範囲の書類の請求項1に記載した通り、交流電源から電源スイッチを介して入力された交流電圧を整流する第1整流回路と、前記第1整流回路の出力電圧を平滑する第1コンデンサと、前記第1コンデンサで平滑された直流電圧を所定の直流電圧に変換するDC/DCコンバータと、前記第1整流回路と前記第1コンデンサとの間に接続された電流制限抵抗素子と、前記電流制限抵抗素子を短絡するスイッチ素子と、前記スイッチ素子を制御する制御部とを備えている突入電流保護装置であって、前記第1整流回路と並列に前記交流電源に接続された第2整流回路と、前記第2整流回路の出力電圧を平滑し前記第1コンデンサの容量より小容量に設定された第2コンデンサとを備え、前記制御部は前記第2コンデンサの出力電圧に基づいて前記スイッチ素子を制御するように構成されている点にある。 In order to achieve the above-mentioned object, the first characteristic configuration of the power supply device with inrush current protection function according to the present invention is input from an AC power source through a power switch as described in claim 1 of the claims. A first rectifier circuit that rectifies the AC voltage that has been generated, a first capacitor that smoothes the output voltage of the first rectifier circuit, and a DC / DC that converts the DC voltage smoothed by the first capacitor into a predetermined DC voltage A converter; a current limiting resistance element connected between the first rectifier circuit and the first capacitor; a switching element that short-circuits the current limiting resistance element; and a control unit that controls the switching element. An inrush current protection device comprising: a second rectifier circuit connected to the AC power supply in parallel with the first rectifier circuit; and an output voltage of the second rectifier circuit is smoothed by a capacitance of the first capacitor. And a second capacitor set to the capacitance, the control unit is in that it is configured to control the switching element based on the output voltage of the second capacitor.
第2整流回路の出力電圧を平滑する第2コンデンサの容量が第1コンデンサの容量より小容量であるため、電源スイッチがオフされると速やかに放電される。そのため再度電源スイッチがオンされた場合でもその直後は確実にスイッチ素子をオフすることができ、突入電流を抑制することができるようになる。 Since the capacity of the second capacitor that smoothes the output voltage of the second rectifier circuit is smaller than the capacity of the first capacitor, the capacitor is quickly discharged when the power switch is turned off. Therefore, even when the power switch is turned on again, the switch element can be reliably turned off immediately after that, and the inrush current can be suppressed.
同第二の特徴構成は、同請求項2に記載した通り、上述の第一の特徴構成に加えて、前記電流制限抵抗素子が前記第1整流回路のグランド線に介装され、前記スイッチ素子にIGBTが用いられている点にある。 In the second feature configuration, in addition to the first feature configuration described above, the current limiting resistance element is interposed in a ground line of the first rectifier circuit, and the switch element is provided. IGBT is used.
第1整流回路のグランド線に介装された電流制限抵抗素子にスイッチ素子が並列に接続されているので、IGBTのゲート電圧を制御するための別途の電源回路を設けなくても、負荷に突入電流が流れて第2コンデンサの出力電圧が低い間はIGBTのゲート電圧をローレベルの電圧を印加してIGBTをオフし、突入電流が減少して第2コンデンサの出力電圧が高くなればIGBTのゲート電圧をハイにしてIGBTをオンすることができる。 Since the switch element is connected in parallel to the current limiting resistance element interposed in the ground line of the first rectifier circuit, it is possible to enter the load without providing a separate power supply circuit for controlling the gate voltage of the IGBT. While the current flows and the output voltage of the second capacitor is low, the IGBT gate voltage is applied to turn off the IGBT by applying a low level voltage, and if the inrush current decreases and the output voltage of the second capacitor increases, the IGBT The IGBT can be turned on by raising the gate voltage.
同第三の特徴構成は、同請求項3に記載した通り、上述の第一または第二の特徴構成に加えて、前記第1整流回路が全波整流回路で構成され、前記第2整流回路が半波整流回路で構成されている点にある。 According to the third feature configuration, in addition to the first or second feature configuration described above, the first rectification circuit is configured by a full-wave rectification circuit, and the second rectification circuit is provided. Is composed of a half-wave rectifier circuit.
負荷に給電するためのDC/DCコンバータへは全波流回路により十分な電力を供給する必要があるが、電源等入力後の突入電流が流れる期間を検知するために第2のコンデンサを平滑するだけの電力を供給する第2整流回路は半波整流回路で十分であり、これにより回路の簡素化とコストの低減を図ることができる。 Although it is necessary to supply sufficient power to the DC / DC converter for supplying power to the load by a full-wave circuit, the second capacitor is smoothed in order to detect the period during which the inrush current flows after the input of the power source or the like. A half-wave rectifier circuit is sufficient as the second rectifier circuit for supplying only the electric power, whereby the circuit can be simplified and the cost can be reduced.
以上説明した通り、本発明によれば、電源スイッチがオフされた後直ちにオンされた場合でも確実に突入電流を制限することができる突入電流保護機能付電源装置を提供することができるようになった。 As described above, according to the present invention, it is possible to provide a power supply device with an inrush current protection function capable of reliably restricting an inrush current even when the power switch is turned on immediately after being turned off. It was.
以下、本発明による突入電流保護機能付電源装置を図面に基づいて説明する。
図1には、本発明による突入電流保護機能付電源装置100の回路ブロックが示されている。
Hereinafter, a power supply device with an inrush current protection function according to the present invention will be described with reference to the drawings.
FIG. 1 shows a circuit block of a power supply device 100 with an inrush current protection function according to the present invention.
突入電流保護機能付電源装置100は、交流電源AC1から電源スイッチSW1を介して入力された交流電圧を整流する第1整流回路10と、第1整流回路10の出力電圧を平滑する第1コンデンサC1と、第1コンデンサC1で平滑された直流電圧を所定の直流電圧に変換するDC/DCコンバータ20と、第1整流回路10と第1コンデンサCとの間に接続された電流制限抵抗素子Rと、電流制限抵抗素子Rを短絡するスイッチ素子SW2と、スイッチ素子SW2を制御する制御部30とを備えている。
The power supply device 100 with an inrush current protection function includes a
そして、第1整流回路10と並列に交流電源SC1に接続された第2整流回路15と、第2整流回路15の出力電圧を平滑し第1コンデンサC1の容量より小容量に設定された第2コンデンサC2とをさらに備え、制御部30は第2コンデンサC2の出力電圧に基づいてスイッチ素子SW2を制御するように構成されている。
Then, the
図2に示すように、電源スイッチSW1がオンされた直後、制御部30は第2コンデンサC2の両端電圧を検知し、その値が所定の閾値電圧以下である場合にスイッチ素子SW2をオフして、電流制限抵抗Rを介してDC/DCコンバータ20及び負荷Lに給電する。これにより電源スイッチSW1オン時の負荷側への突入電流が電流制限抵抗Rによって抑制される。
As shown in FIG. 2, immediately after the power switch SW1 is turned on, the
コンデンサC2の両端電圧が閾値以上になると直ちに、或いはコンデンサC2の両端電圧が閾値以上になった後の所定時間経過後に、制御部30はスイッチ素子SW2をオンして電流制限抵抗Rを短絡する。
Immediately after the voltage across the capacitor C2 exceeds the threshold, or after a predetermined time has elapsed after the voltage across the capacitor C2 exceeds the threshold, the
その状態で電源スイッチSW1がオフされると、第1コンデンサC1の両端電圧は長時間閾値電圧より高い状態が維持されるが、第2コンデンサC2の両端電圧は速やかに閾値電圧より低下する。 When the power switch SW1 is turned off in this state, the voltage across the first capacitor C1 remains higher than the threshold voltage for a long time, but the voltage across the second capacitor C2 quickly drops below the threshold voltage.
そのため、その後速やかに再度電源スイッチSW1がオンされる場合でも、第2コンデンサC2の両端電圧が閾値電圧よりも低下しているので、スイッチ素子SW2を誤ってオンするようなことが無い。 Therefore, even when the power switch SW1 is quickly turned on again, the voltage across the second capacitor C2 is lower than the threshold voltage, so that the switch element SW2 is not turned on by mistake.
即ち、第2整流回路15の出力電圧を平滑する第2コンデンサC2の容量が第1コンデンサC1の容量より小容量であるため、電源スイッチSW1がオフされると速やかに放電され、そのため再度電源スイッチSW1がオンされた場合でもその直後は確実にスイッチ素子SW2をオフすることができ、突入電流を抑制することができるようになる。
That is, since the capacity of the second capacitor C2 that smoothes the output voltage of the
電流制限抵抗素子Rが第1整流回路10のグランド線Gに介装され、スイッチ素子SW2にIGBTが用いられていることが好ましく、第1整流回路10のグランド線Gに介装された電流制限抵抗素子Rにスイッチ素子SW2が並列に接続されているので、IGBTのゲート電圧を制御するための別途の電源回路を設けなくても、負荷に突入電流が流れて第2コンデンサC2の出力電圧が低い間はIGBTのゲート電圧をローレベルの電圧を印加してIGBTをオフし、突入電流が減少して第2コンデンサC2の出力電圧が高くなればIGBTのゲート電圧をハイにしてIGBTをオンすることができる。
It is preferable that the current limiting resistor element R is interposed in the ground line G of the
第1整流回路15が全波整流回路で構成され、第2整流回路15が半波整流回路で構成されていることが好ましい。負荷Lに給電するためのDC/DCコンバータ20へは全波流回路10により十分な電力を供給する必要があるが、電源等入力後の突入電流が流れる期間を検知するために第2のコンデンサCを平滑するだけの電力を供給する第2整流回路15は半波整流回路で十分であり、これにより回路の簡素化とコストの低減を図ることができる。
The
尚、上述した各実施形態は本発明の一例に過ぎず、本発明が上述した具体例に限定されるものではなく、本発明本発明の作用効果を奏する範囲において各ブロックの具体的構成等を適宜変更設計できることは言うまでもない。 The above-described embodiments are merely examples of the present invention, and the present invention is not limited to the specific examples described above. The specific configuration of each block and the like are within the scope of the present invention. Needless to say, the design can be changed as appropriate.
10:第1整流回路
15:第2整流回路
20:DC/DCコンバータ
30:制御部
100:突入電流保護機能付電源装置
AC1:交流電源
C1:第1コンデンサ
C2:第2コンデンサ
R:電流制限抵抗素子
SW1:電源スイッチ
SW2:スイッチ素子
10: first rectifier circuit 15: second rectifier circuit 20: DC / DC converter 30: controller 100: power supply device with inrush current protection function AC1: AC power supply C1: first capacitor C2: second capacitor R: current limiting resistor Element SW1: Power switch SW2: Switch element
Claims (3)
前記第1整流回路と並列に前記交流電源に接続された第2整流回路と、前記第2整流回路の出力電圧を平滑し前記第1コンデンサの容量より小容量に設定された第2コンデンサとを備え、
前記制御部は前記第2コンデンサの出力電圧に基づいて前記スイッチ素子を制御するように構成されている突入電流保護機能付電源装置。 A first rectifier circuit that rectifies an AC voltage input from an AC power source via a power switch, a first capacitor that smoothes an output voltage of the first rectifier circuit, and a DC voltage smoothed by the first capacitor is predetermined. A DC / DC converter that converts the direct current voltage into a direct current voltage, a current limiting resistance element connected between the first rectifier circuit and the first capacitor, a switching element that short-circuits the current limiting resistance element, and the switching element A power supply device with an inrush current protection function comprising a control unit for controlling
A second rectifier circuit connected to the AC power supply in parallel with the first rectifier circuit; and a second capacitor set to a capacity smaller than that of the first capacitor by smoothing an output voltage of the second rectifier circuit. Prepared,
The control unit is a power supply device with an inrush current protection function configured to control the switch element based on an output voltage of the second capacitor.
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JP2015028254A JP2016152671A (en) | 2015-02-17 | 2015-02-17 | Power supply device with rush current protection function |
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Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
---|---|---|---|---|
JP2021019377A (en) * | 2019-07-17 | 2021-02-15 | ファナック株式会社 | Power conversion device and control method therefor |
-
2015
- 2015-02-17 JP JP2015028254A patent/JP2016152671A/en active Pending
Cited By (2)
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JP2021019377A (en) * | 2019-07-17 | 2021-02-15 | ファナック株式会社 | Power conversion device and control method therefor |
JP7244378B2 (en) | 2019-07-17 | 2023-03-22 | ファナック株式会社 | Power conversion device and its control method |
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