JPH1032982A

JPH1032982A - 突入電流防止回路

Info

Publication number: JPH1032982A
Application number: JP18339396A
Authority: JP
Inventors: Takeshi Kanegae; 毅鐘ヶ江; Toyoori Yoshida; 豊織吉田
Original assignee: Tokimec Inc
Current assignee: Tokyo Keiki Inc
Priority date: 1996-07-12
Filing date: 1996-07-12
Publication date: 1998-02-03

Abstract

(57)【要約】【課題】入力ＡＣの瞬断に対して過大な突入電流が発生
するのを防ぐことができ、且つ負荷側がショートした際
に生ずる発熱を抑制することができる突入電流防止回路
を提供する。【解決手段】整流回路３０と平滑用コンデンサ３１との
間に挿入された抵抗１３と、抵抗１３の両端間電圧Ｖｒ
と基準電圧Ｖｒｅｆとの差に応じた信号を出力するオペ
アンプ１４と、ベースに入力されたオペアンプ１４から
の信号に基づいて、平滑用コンデンサ３１及び整流回路
３０間に挿入されたコレクタ−エミッタ間のインピーダ
ンスを可変するトランジスタ１１と、を備える。

Description

【発明の詳細な説明】

【０００１】

【発明の属する技術分野】本発明は、ＡＣ／ＤＣ電源装
置の突入電流（インラッシュ電流）防止回路に関するも
のである。

【０００２】

【従来の技術】ＡＣ／ＤＣ電源装置では、入力ＡＣ投入
時に、大容量の平滑用コンデンサに流入するチャージ電
流によって突入電流（インラッシュ電流）が発生する。
この突入電流は、数十アンペア〜数百アンペアを示すこ
とも珍しくない。この突入電流を防止する回路として、
従来より、リレーを用いたものと、サイリスタを用いた
ものとがある。以下に、両者について説明する。

【０００３】先ず、リレーを用いた突入電流防止回路に
ついて図８を参照して説明する。

【０００４】図８は従来のリレーを用いた突入電流防止
回路の概略図である。ここで、６０はＡＣ入力波形を整
流する整流回路、６１は平滑用コンデンサ、６２はスイ
ッチングレギュレータを構成するトランス、６３はトラ
ンス６２の二次側に電圧を発生させるためのスイッチン
グトランジスタ、６４はスイッチングトランジスタ６３
を駆動するドライブ回路である。ドライブ回路６４は、
平滑用コンデンサ６１に充電された電圧で動作する。

【０００５】図８に示す突入電流防止回路５０は、一方
の入力ＡＣラインに直列に挿入された制限抵抗５１と、
制限抵抗５１の両端を短絡するためのスイッチ５２と、
２つの入力ＡＣライン間に挿入された、スイッチ５２の
ＯＮ／ＯＦＦ動作を制御するリレー５３と、を備えてい
る。リレー５３は、両端に動作電圧値以上の電圧が印加
されると、スイッチ５２をＯＮにする。一方、両端に印
加された電圧が復帰電圧値以下になると、スイッチ５２
をＯＦＦにする。

【０００６】図８に示すリレーを用いた突入電流防止回
路５０では、リレーの遅延時間を利用して突入電流を防
止する。すなわち、入力ＡＣが投入されると、リレー５
３の両端に動作電圧値以上の電圧が印加されて、スイッ
チ５２がＯＮになり、これにより制御抵抗５１が短絡さ
れるが、リレー５３の遅延時間により、ＡＣが入力され
てからスイッチ５２がＯＮになるまでにタイムラグが生
ずる。このため、入力ＡＣ投入時では、入力ＡＣが制御
抵抗５１を介して整流回路６０に供給されることになる
ので、入力ＡＣ投入時に平滑用コンデンサ６１に過大な
電流が流れ込むのを防止することができる。

【０００７】次に、サイリスタを用いた突入電流防止回
路について、図９を参照して説明する。

【０００８】図９は従来のサイリスタを用いた突入電流
防止回路の概略図である。ここで、図８に示すものと同
一の機能を有するものには、同一の符号を付している。

【０００９】図９に示す突入電流防止回路７０は、整流
回路６０の出力ラインに直列に挿入された制限抵抗７１
と、アノードが制限抵抗７１の整流回路６０側の端子に
接続され、カソードが制限抵抗７１のトランス６２側の
端子に接続されたサイリスタ７２と、トランス６２に巻
回された、サイリスタ７２のゲート−カソード間に電圧
を印加するためのコイル７３と、コイル７３とサイリス
タ７２のゲートとの間に挿入された抵抗７４と、を備え
ている。サイリスタ７２は、ゲート−カソード間にトリ
ガ電圧値以上の電圧が印加されると導通する。

【００１０】図９に示すサイリスタを用いた突入電流防
止回路７０では、入力ＡＣが投入されると、整流回路６
０からの出力は、制限抵抗７１を通って平滑用コンデン
サ６１に流れ込み、平滑用コンデンサ６１を充電する。
これにより、入力ＡＣ投入時に平滑用コンデンサ６１に
過大な電流が流れ込むのを防止することができる。そし
て、平滑用コンデンサ６１に充電された電圧が所定値以
上になると、ドライブ回路６４が動作して、スイッチン
グトランジスタ６３をスイッチング動作させる。これに
より、コイル７３に電力が発生して、当該電力が抵抗７
４を介してサイリスタ７２のゲートに供給される。サイ
リスタ７２のゲート−カソード間電圧がトリガ電圧値以
上になると、サイリスタ７２が導通し、これにより、制
限抵抗７１を短絡する。

【００１１】

【発明が解決しようとする課題】しかしながら、上記従
来のリレーやサイリスタを用いた突入電流防止回路で
は、入力ＡＣの瞬断に対して過大な突入電流を効果的に
防ぐことができない場合があるという問題がある。

【００１２】図８に示す従来のリレーを用いた突入電流
防止回路５０では、通常、リレー５３の復帰電圧が動作
電圧より低いため、瞬断時間（通常、数ミリ秒〜数十ミ
リ秒）内に、リレー５３の両端に印加された電圧が復帰
電圧値以下にまで下がらないことがある。この場合、再
び入力ＡＣが投入されると、スイッチ５２はＯＮ状態で
あり、したがって制御抵抗５１は短絡されているので、
平滑用コンデンサ６１に過大な電流が流れ込んでしま
う。

【００１３】図９に示す従来のサイリスタを用いた突入
電流防止回路６０では、瞬断時間内に、平滑用コンデン
サ６１が十分に放電されないことがある。この場合、ド
ライブ回路６４が動作し続けているので、サイリスタ７
２はＯＮ状態にある。したがって、この状態で再び入力
ＡＣが投入されると、制御抵抗７１は短絡されているの
で、図８に示す従来のリレーを用いた突入電流防止回路
５０と同様に、平滑用コンデンサ６１に過大な電流が流
れ込んでしまう。

【００１４】また、上記従来のリレーやサイリスタを用
いた突入電流防止回路では、負荷側がショートした場合
に制限抵抗に過大な電流が流れて、当該抵抗が発熱する
という問題もある。

【００１５】図８に示すリレーを用いた突入電流防止回
路５０では、負荷側がショートすると、リレー５３の両
端に印加される電圧が復帰電圧値以下にまで下がるた
め、スイッチ５２がＯＦＦ状態となって、過大な電流が
制限抵抗５１に流れ込む。制限抵抗５１は、入力ＡＣ投
入時に過大な電流が平滑用コンデンサ６１に流れ込むの
を防止するために設けられたものであるので、ある程度
の大きな抵抗値が必要である。したがって、制限抵抗５
１に過大な電流が流れ込むと、制限抵抗５１が発熱す
る。

【００１６】図９に示す従来のサイリスタを用いた突入
電流防止回路６０では、負荷側がショートすると、コイ
ル７３の両端に、サイリスタ７２のトリガ電圧値以上の
電圧が発生しなくなるため、サイリスタ７２が不導通状
態となる。このため、図８に示す従来のリレーを用いた
突入電流防止回路５０と同様に、過大な電流が制限抵抗
７１に流れ込んでしまい、制限抵抗７１が発熱する。

【００１７】ところで、図９に示すサイリスタを用いた
突入電流防止回路６０に、入力ＡＣの瞬断を検出する検
出回路を設け、この検出回路で瞬断を検出すると同時
に、ドライブ回路６４の動作を強制的に停止する方法が
ある。この方法によれば、瞬断と同時にサイリスタ７２
を不導通状態にすることができるので、瞬断後に再び入
力ＡＣが投入された場合でも、制限抵抗７１により平滑
用コンデンサ６１に過大な電流が流れ込んでしまうのを
防止することができる。

【００１８】しかしながら、この方法では、瞬断と同時
にスイッチングレギュレータの動作が停止してしまうの
で、瞬断と同時にスイッチングレギュレータからの出力
が低下する。したがって、ある程度の出力保持時間（瞬
断後、略１００％の出力電圧を維持することができる時
間）が必要な、精密な計測機器等に用いることができな
い。

【００１９】また、この方法による場合でも、負荷側が
ショートした状態では、図９に示すサイリスタを用いた
突入電流防止回路６０と同様に、過大な電流が制限抵抗
７１に流れ込んで、制限抵抗７１が発熱するという問題
がある。

【００２０】本発明は上記事情を鑑みてなされたもので
あり、入力ＡＣの瞬断に対して過大な突入電流が発生す
るのを防ぐことができ、且つ負荷側がショートした際に
生ずる発熱を抑制することができる突入電流防止回路を
提供することを目的とする。

【００２１】

【課題を解決するための手段】上記課題を解決するため
に、本発明は、交流を整流する整流器と、前記整流器の
出力を平滑にする平滑用コンデンサとを有するＡＣ／Ｄ
Ｃ電源装置の突入電流防止回路であって、前記平滑用コ
ンデンサに流入する電流の電流値に応じた信号を出力す
る信号出力手段と、前記信号に応じて突入電流が前記平
滑用コンデンサに流入しないようにインピーダンスを変
化させる、前記整流器及び前記平滑用コンデンサ間に挿
入された可変インピーダンス手段と、を備えることを特
徴とする。

【００２２】ここで、前記信号出力手段は、前記整流器
と前記平滑用コンデンサとの間に挿入された抵抗と、前
記抵抗の両端間電圧と基準電圧との差に応じて前記信号
を出力する比較増幅回路と、を備えていることが好まし
い。

【００２３】また、前記可変インピーダンス手段は、コ
レクタ及びエミッタが、前記整流器及び前記平滑用コン
デンサ間の電流伝送路に、当該コレクタが当該エミッタ
に対して前記電流伝送路の上流側に位置するように接続
され、ベースに前記信号が入力されたトランジスタであ
ることが好ましい。

【００２４】

【発明の実施の形態】以下に、本発明の一実施形態につ
いて図面を参照して説明する。

【００２５】図１は本発明の一実施形態である突入電流
防止回路の概略図である。ここで、３０はＡＣ入力波形
を整流する整流回路、３１は平滑用コンデンサ、３２は
スイッチングレギュレータを構成するトランス、３３は
トランス３１の二次側に電圧を発生させるためのスイッ
チングトランジスタ、３４はスイッチングトランジスタ
３３を駆動するドライブ回路、３５はヒューズである。
ドライブ回路３４は、平滑用コンデンサ３１に充電され
た電圧で動作する。

【００２６】図１に示す本実施形態の突入電流防止回路
１０は、トランジスタ１１と、ダイオード１２と、抵抗
１３と、オペアンプ１４と、基準電圧Ｖ_refを発生する
基準電圧源１５と、を備えて構成されている。

【００２７】トランジスタ１１は、コレクタが平滑用コ
ンデンサ３１のリターンライン３６側の端子と接続さ
れ、エミッタが抵抗１３を介して整流回路３０のリター
ンライン３６側の端子と接続されている。したがって、
平滑用コンデンサ３１のリターンライン３６側の端子
と、整流回路３０のリターンライン３６側の端子とは、
トランジスタ１１のコレクタ−エミッタ及び抵抗１３を
介して互いに接続されることになる。ダイオード１２
は、アノードがトランジスタ１１のコレクタに接続さ
れ、カソードがトランジスタ１１のエミッタに接続され
ている。これにより、トランジスタ１１のコレクタ−エ
ミッタ間を逆方向（エミッタからコレクタへ）に流れる
電流のバイパスとして作用する。

【００２８】オペアンプ１４は、抵抗１３の両端間電圧
Ｖ_rと基準電圧Ｖ_refとの差分に応じた信号を出力する。
この出力信号は、トランジスタ１１のベースに入力され
る。ここで、オペアンプ１４は、抵抗１３の両端間電圧
Ｖ_rが基準電圧Ｖ_refに近づくにつれて、トランジスタ１
１のコレクタ−エミッタ間のインピーダンスを大きく
し、抵抗１３の両端間電圧Ｖ_rが基準電圧Ｖ_ref以上にな
ると、トランジスタ１１のコレクタ−エミッタ間のイン
ピーダンスを無限大にするように、即ちトランジスタ１
１をＯＦＦにするように設定されている。尚、抵抗１３
の抵抗値をＲとした場合、抵抗１３の両端間電圧Ｖ_rを
基準電圧Ｖ_refと等しくする抵抗１３の入力電流は、Ｖ
_ref／Ｒで表される。

【００２９】本実施形態の突入電流防止回路１０では、
抵抗１３に流入する電流がＶ_ref／Ｒに近づくにつれ
て、トランジスタ１１のコレクタ−エミッタ間のインピ
ーダンスが大きくなり、Ｖ_ref／Ｒに達すると、トラン
ジスタ１１がＯＦＦになる。ここで、抵抗１３に流入す
る電流をＩ₁、平滑用コンデンサ３１に流入する電流を
Ｉ₂、負荷側に流れ込む電流をＩ₃とすると、抵抗１３に
流入する電流Ｉ₁は、Ｉ₁＝Ｉ₂＋Ｉ₃で表せられる。通
常、負荷側に流入する電流Ｉ₃の変動量は、入力ＡＣ投
入（瞬断後、再投入を含む）時に平滑用コンデンサ３１
に流入する電流Ｉ₂の変動量に比べて遥かに小さいの
で、抵抗１３に流入する電流Ｉ₁の変動は、平滑用コン
デンサ３１に流入する電流Ｉ₂によるものと考えること
ができる。したがって、本実施形態によれば、平滑用コ
ンデンサ３１に流入する電流Ｉ₂をＶ_ref／Ｒ−Ｉ₃以下
に制限することができる。このため、入力ＡＣ投入時
や、瞬断後の入力ＡＣ再投入時に発生する過大な突入電
流を抑制することができ、これにより、ＡＣ／ＤＣ電源
の構成部品の劣化、特に平滑用コンデンサ３１の劣化を
抑制することができる。

【００３０】尚、負荷側に流入する電流の変動量が無視
できない程度に大きい場合、図２に示す突入電流防止回
路１０ａのように、負荷側のリターン電流が流れるライ
ンを、抵抗１３を介さずに、直接整流回路３０のリター
ンライン３６側の端子に接続するようにしてもよい。こ
の場合、抵抗１３に流入する電流と、平滑コンデンサ３
１に流入する電流とが等しくなるので、負荷側に流入す
る電流の変動に影響されることなく、平滑コンデンサ３
１に流入する電流をＶ_ref／Ｒ以下に制限することがで
きる。

【００３１】また、本実施形態の突入電流防止回路１０
に用いる抵抗１３は、リターンライン３６を流れる電流
量を検出するために用いるものなので、その抵抗値は、
従来のリレーやサイリスタを用いた突入電流防止回路に
使用する制限抵抗に比べて小さい。したがって、負荷側
がショートした場合に、抵抗１３で消費される電力量を
上記制限抵抗のそれに比べて小さくすることができ、抵
抗１３での発熱量を抑えることができる。すなわち、抵
抗１３が発熱する前にヒューズ３５を切ることができ
る。

【００３２】尚、図２に示す突入電流防止回路１０ａの
ように、負荷側のリターン電流が流れるラインを、抵抗
１３を介さずに、直接整流回路３０のリターンライン３
６側の端子に接続した場合、負荷側のリターン電流は、
抵抗１３に流入することなく、直接整流回路３０に流入
することになるので、負荷側がショートした場合に、抵
抗１３に過大な電流が流入するのを防止することができ
る。

【００３３】さらに、本実施形態の突入電流防止回路１
０では、数ミリ秒〜数十ミリ秒程度の瞬断であれば、ド
ライブ回路３４は、瞬断中も、平滑用コンデンサ３４に
充電された電力によって動作する。したがって、ある程
度の出力保持時間が必要な、精密な計測機器等に用いる
ことができる。

【００３４】本発明者等は、本実施形態の効果を確認す
るために、以下の要領で実験を行った。

【００３５】本実施形態の突入電流防止回路を用いた
シュミレーション回路と、突入電流防止回路が用いられ
ていないシュミレーション回路とを作製した。図３に本
実施形態の突入電流防止回路を用いたシュミレーション
回路を、そして、図４に突入電流防止回路が用いられて
いないシュミレーション回路を示す。

【００３６】図３及び図４に示すように、整流回路３０
は４つのダイオード（型名：１Ｎ５４２０）を用いて作
製した。また、平滑用コンデンサ３１として、１０００
μＦのものを用いた。さらに、負荷として、１５０Ωの
抵抗Ｒ_Lを用いた。

【００３７】突入電流防止回路１０には、図３に示すよ
うに、トランジスタ１１として２つのトランジスタ（型
名：２Ｎ６８３４）をダーリントン接続したものを用
い、ダイオード１２として型名１Ｎ５４２０を用いた。
また、抵抗１３として０．５Ωのものを用いた。オペア
ンプ１４は、シャントレギュレータ（型名：ＴＬ４３
１）を用いて作製した。図５にシャントレギュレータＴ
Ｌ４３１の機能ブロック図を示す。シャントレギュレー
タＴＬ４３１は、図５に示すように、２．５Ｖの基準電
圧Ｖ_refを発生する基準電圧源を内蔵しており、基準電
圧Ｖ_refとノードＲ（Reference）に入力された電圧との
差に応じて、ノードＣ（cathode）及びノードＡ（anod
e）間のインピーダンスを変化させている。図３に示す
シャントレギュレータＴＬ４３１は、抵抗１３に流入す
る電流がＶ_ref／０．５＝５（Ａ）以上になると、トラ
ンジスタ１１がＯＦＦ状態になるように設定してある。

【００３８】図３及び図４に示すように、入力ＡＣと
して１００（Ｖｒｍｓ）の交流電源８２を用い、スイッ
チ８４を操作して、入力ＡＣ投入後、所定時間経過後に
瞬断させた。このときの整流回路１１からの出力電流
（図３及び図４のＰ₁点での電流）と、負荷抵抗Ｒ_Lに流
入する電流と電圧（図３及び図４のＰ₂点での電流及び
電圧）とを観察した。

【００３９】結果を図６及び図７に示す。図６は図３に
示す本実施形態の突入電流防止回路を用いたシュミレー
ション回路での動作実験結果を説明するための図、図７
は図４に示す突入電流防止回路が用いられていないシュ
ミレーション回路での動作実験結果を説明するための図
である。

【００４０】図４に示す突入電流防止回路が用いられて
いないシュミレーション回路では、図７に示すように、
入力ＡＣ投入直後に、約５０（Ａ）の突入電流が発生し
ている。また、約８０ミリ秒間の瞬断後の入力ＡＣ再投
入直後に、約２２（Ａ）の突入電流が発生している。

【００４１】これに対し、図３に示す本実施形態の突入
電流防止回路が用いられたシュミレーション回路では、
図６に示すように、入力ＡＣ投入直後、および約８０ミ
リ秒間の瞬断後の入力ＡＣ再投入直後のいずれにおいて
も、突入電流は約５（Ａ）以下に抑えられている。この
結果から分かるように、本発明者等は、入力ＡＣ投入直
後や瞬断後の入力ＡＣ再投入直後に、過大な突入電流が
発生するのを防止することができることを確認すること
ができた。

【００４２】尚、本発明は上記の実施形態に限定される
ものではなく、その要旨の範囲内で数々の変形が可能で
ある。たとえば、上記の実施形態では、整流回路３０と
平滑用コンデンサ３１との間にトランジスタ１１のコレ
クタ−エミッタを挿入し、ベースに入力されたオペアン
プ１４の信号に基づいて、コレクタ−エミッタ間のイン
ピーダンスを可変することにより、平滑コンデンサ３１
の流入電流を調節するものについて説明した。しかしな
がら、本発明はこれに限定されるものではなく、整流回
路３０と平滑用コンデンサ３１との間に挿入されたイン
ピーダンスをオペアンプ１４の信号を基に可変すること
により、平滑コンデンサ３１の流入電流を調節するもの
であればよい。たとえば、整流回路３０と平滑用コンデ
ンサ３１との間に三端子レギュレータのアノード−カソ
ードを挿入し、リフェレンスにオペアンプ１４の信号を
入力したものであってもよい。

【００４３】また、上記の実施形態では、抵抗１３の両
端間電圧Ｖ_rと基準電圧Ｖ_refとの差に応じた信号をオペ
アンプ１４で生成し、当該信号をトランジスタ１１のベ
ースに入力するものについて説明したが、本発明は平滑
用コンデンサ３１に流入する電流値又は当該電流と相関
関係のある特性値に応じた信号を生成して、当該信号を
トランジスタ１１のベースに入力するものであればよ
い。

【００４４】また、本発明の突入電流防止回路は、スイ
ッチングレギュレータに限定されるものではなく、整流
回路と平滑用コンデンサとを備えたＡＣ／ＤＣ電源に、
広く適用することができる。

【００４５】

【発明の効果】以上説明したように、本発明によれば、
入力ＡＣの瞬断に対して過大な突入電流が発生するのを
防ぐことができ、且つ負荷側がショートした際に生ずる
発熱を抑制することができる。

【図面の簡単な説明】

【図１】本発明の一実施形態である突入電流防止回路の
概略図である。

【図２】図１に示す突入電流防止回路の変形例を説明す
るための図である。

【図３】図１に示す突入電流防止回路を用いたシュミレ
ーション回路を示す図である。

【図４】突入電流防止回路が用いられていないシュミレ
ーション回路を示す図である。

【図５】シャントレギュレータＴＬ４３１の機能ブロッ
ク図である。

【図６】図６は図３に示すシュミレーション回路での動
作実験結果を説明するための図である。

【図７】図４に示すシュミレーション回路での動作実験
結果を説明するための図である。

【図８】従来のリレーを用いた突入電流防止回路の概略
図である。

【図９】従来のサイリスタを用いた突入電流防止回路の
概略図である。

【符号の説明】

１０、１０ａ突入電流防止回路１１トランジスタ１２ダイオード１３抵抗１４オペアンプ１５基準電圧源３０整流回路３１平滑用コンデンサ３２トランス３３スイッチングトランジスタ３４ドライブ回路３５ヒューズ３６リターンライン８２交流電源８４スイッチ

Claims

【特許請求の範囲】

【請求項１】交流を整流する整流器と、前記整流器の出
力を平滑にする平滑用コンデンサとを有するＡＣ／ＤＣ
電源装置の突入電流防止回路であって、前記平滑用コンデンサに流入する電流の電流値に応じた
信号を出力する信号出力手段と、前記信号に応じて突入電流が前記平滑用コンデンサに流
入しないようにインピーダンスを変化させる、前記整流
器及び前記平滑用コンデンサ間に挿入された可変インピ
ーダンス手段と、を備えることを特徴とする突入電流防止回路。
【請求項２】請求項１において、前記信号出力手段は、前記整流器と前記平滑用コンデン
サとの間に挿入された抵抗と、前記抵抗の両端間電圧と基準電圧との差に応じて前記信
号を出力する比較増幅回路と、を備えていることを特徴とする突入電流防止回路。
【請求項３】請求項１又は２において、前記可変インピーダンス手段は、コレクタ及びエミッタ
が、前記整流器及び前記平滑用コンデンサ間の電流伝送
路に、前記コレクタが前記エミッタに対して前記電流伝
送路の上流側に位置するように接続され、ベースに前記
信号が入力されたトランジスタであることを特徴とする
突入電流防止回路。
【請求項４】請求項３において、アノードが前記コレクタに接続され、カソードが前記エ
ミッタに接続されたダイオードを有することを特徴とす
る突入電流防止回路。