JPS6070928A - 突入電流防止装置 - Google Patents

Abstract

(57)【要約】本公報は電子出願前の出願データであるた
め要約のデータは記録されません。

Description

【発明の詳細な説明】 本発明は突入電流防止装置に関する。

例えば大容量（コンデンサ容量）を含む負荷に対して直
流電源を投入する場合には、定常電流よシｌｉかに大き
な充電電流による突入電流が流れ、このために電源側に
種々の悪影響を及ばず。

これは必らずしも直流電源の場合に限らず、例えば、交
流電源を、平滑用の大きなコンデンサＣを有するＡＣ／
ＤＣＣ／用の整流回路（第１図参照）に投入する場合に
は同様にして大きな交流突入電流が流れ電源側に悪影響
を与える。

これを防止するため従来は、例えば第２図に示すように
、投入当初、抵抗器を負荷と直列に接続して突入電流を
制限し、一定時間経過後（電流が減小し友と予想される
時間後）、時限リレー（または８０Ｒ等）を用いて抵抗
を短絡し、正常投入状態とするという方法が広く用いら
れている。

しかしながら、この方法は回路が簡単である反面、下記
のような種々の欠点を有している。

■　改善率が悪い。これを良くするために抵抗値を大き
くすると次に述べる２次突入がそれだけ悪化する。

■　抵抗を短絡した瞬間に、２次突入が起きて同様に電
源側に悪影響を与える。

■　時限リレー等の回路には一般にコンデンサが使用さ
れており、このコンデンサに充電された電荷を放電する
のに時間がかかるため、電源の瞬時停電等においては時
限リレー等が正常に動作せず、無力になる。

本発明の目的は上述の従来の欠点を除去した突入電流防
止装置を提供することにある。

第１の発明の装置は、負荷と直列に挿入されたインダク
タとトランジスタと電流測定用抵抗器と、前記抵抗器の
両端電圧と別に設けた基準電圧とを比較する電圧比較器
と、前記電圧比較器によシ前記抵抗器の両端電圧の方が
前記基準電圧よシも大きくｈっだことが検出されると前
記トランジスタを非導通状態としかつこの非導通状態を
特定の時間長だけ保持するように制御する制御手段とを
有し、容量性の負荷等への直流電源投入時に発生する過
大電流の流入を防止する。

また第２の発明の装置は、実質的に負荷と直列に挿入さ
れ前記負荷に対する電流を流すように接続されたインダ
クタとトランジスタと電流測定用抵抗器と、前記インダ
クトと前記トランジスタと前記抵抗器のうちの少くも前
記トランジスタと前記抵抗器とに対し整流された前記負
荷に対する電流を流すように構成されたダイオードブリ
ッジと、前記抵抗器の両端電圧と別に設けた基準電圧と
を比較する電圧比較器と、前記比較器によシ前記抵抗器
の両端電圧の方が前記基準電圧よりも大きくなったこと
が検出されると前記トランジスタを非導通状態としかつ
この非導通状態を特定の時間長だけ保持するように制御
する制御手段とを有し、交流電源投入時に発生する過大
電流の流入を防止する。

次に図面を参照して本発明の詳細な説明する。

第１の発明の一実施例を示す第３図を参照すると、本実
施例は直流電源１％インダクタ２、トランジスタ３、電
流測定用抵抗器４、電圧比較器５、５− 基準電圧電源６、制御回路７および負荷８を含んでいる
。

電圧比較器５は、抵抗器４の両端の電圧と電源６からの
基準電圧とを比較し、その差情報をライン５００を介し
て制御回路７に供給する。

制御回路７は、２イン５０ｏｔ−介して供給される前記
差情報が、抵抗器４０両端電圧が基準電圧よシも低いこ
とを指示している場合には、トランジスタ３のベースに
充分の電圧を供給してこれを飽和導通状態（以後オン状
態）に保つ。

しかし、前記差情報によシ抵抗器４０両端電圧の方が基
準電圧よ）も高くなったことが指示された場合には制御
回路７は直ちにトランジスタ３のベースに供給されてい
る電圧を下げ、トランジスタ３が非導通状態（以後オフ
状態）になるように制御し、かつ、このオフ状態がその
時点から特定の期間τの間保持されるように動作する。

また、負荷８は、電源に並列に接続された大容量のコン
デンサを含むような負荷であるとする。

さて、本実施例の動作は下記の通シである。

６− 今、ある時点で直流電源１が投入されたとすると、イン
ダクタ２、トランジスタ３％抵抗器４、負荷８を通して
負荷電流が流れ始めるが、前述のように負荷８には電源
と並列に大容量のコンデンサが含まれ、このコンデンサ
が放電状態のときは負荷は短絡状態に近く、このため定
常電流よシも遥かに大きな充電電流が流れようとする。

この負荷電流は、インダクタ２によって制限される立ち
上りの傾斜で、時間とともに増加してゆくが、この負荷
電流による抵抗器４の両端における電圧が、電源６から
の基準電圧よりも大きくなると、比較器５からの前記差
情報５００によシ制御回路７は前述のように直ちにトラ
ンジスタ３をオフ状態とし、そのオフ状態をそれに続く
τの期間継続する。

このため、負荷電流はＯから立ち上って基準電圧で定ま
るある最大電流値ＩＭまで増加するとそこで直ちに遮断
される。

これからτの期間が経過すると、その時点では比較器５
からの差情報５００は、抵抗器４０両端の電圧が電源６
からの基準電圧よシも低いことを指示しているので、制
御回路７は直ちにトランジスタ３をオン状態とし、再び
、負荷電流の流入が開始される。

こうして負荷電流は、第４図に示すように、最大値ＩＭ
になるごとにτの期間遮断されるという形態を繰シ返し
ながら、基準電圧で指定される最大値ＩＭを越えること
なく、負荷８のコンデンサに対する充電を続け、遂には
この充電が完了して最大値ＩＭを越えない定常電流Ｉｓ
が連続的に流れる状態に至って電源投入の過渡動作が終
了し、以後トランジスタ３はオン状態を継続する。

以上の説明で明らかなように、本実施例によると、基準
電圧を適当に設定することによシ、電源投入時にはオン
オフ動作によυ突入電流をある一定値以下に制限し、定
常状態においてはオン状態を保持して導通に殆んど影響
を与えないような動作をせることかできる。

第４図は、以上の電源投入時の負荷電流の波形を原理的
に示したもので、各波形の立ち上シの傾斜は、インダク
タ２０大きさと、負荷に含まれるコンデンサの充電状態
によって定マシ、インダクタ２が大きい程、また、負荷
に含まれるコンデンサが充電状態に近ずく程、傾斜が緩
やかになる。

−回の導通波形で充電される電荷の量は、各波形の面積
に比例するので、このような方式によシ負荷電流の最大
値ＩＭを抑えて投入動作を行なわせる場合に、−回ごと
に充電される電荷の量を大きくして投入動作を速く終了
させるためには、インダクタ２によシ立ち上り傾斜をあ
る程度緩やかにして各波形の通電時間を少くもてと同程
度のオーダーとする必要があることが分る。

また、このインダクタ２が無いとすると、投入時にトラ
ンジスタ３が動作してオフ状態になる前にトランジスタ
３に電源電圧の大部分が加わシ、電源電圧が加わった状
態で大電流が流れるので内部に大きな電力損が生じ、ト
ランジスタ３を破壊する。

これらの理由によシ、適当なインダクタンスをもつイン
ダクタ２の挿入は必須である。

９− また、トランジスタ３が急激にオフ状態になったときイ
ンダクタ２に蓄えられたエネルギを吸収させるため、ト
ランジスタ３のコレクタエミッタ間に第５図に示すよう
な抵抗、コンデンサによるサージアブンーバおよびバリ
スタによる保護回路を付加して、インダクタ２の逆　電
力からトランジスタ３を保護し、かつ負荷電流を平均化
するようにして性能を改善することができる。

以上のように、本実施例によると直流電源１の投入時に
おける突入電流を効果的に制限する直流電源用の突入電
流防止装置を提供できる。

次に、第２の発明について詳細に説明する。

第２の発明の一実施例を示す第６図を参照すると、本実
施例は、交流電源１１．インダクタ１２゜トランジスタ
１３．電流測定用抵抗器１４．電圧比較器１５．基準電
圧電源１６．制御回路１７゜負荷１８およびダイオード
ブリッジ１９を含んでいる。

これらの要素の中で、インダクタ１２．）２ンジスタ１
３．電流測定用抵抗器１４．電圧比較器−１〇− １５、基準電圧電源１６および制御回路１７は上述の第
（１）の発明の実施例に用いた対応する要素と本質的に
は同じものである。

これに対し、本実施例の異なる点は下記の通電である。

電源１１は、前述の実施例の電源１が直流電源であるの
に対し、交流電源である。

次に負荷１８は、前述の負荷８が電源側に対して並列に
大容量のコンデンサを含む負荷であるのに対し、本実施
例の負荷１８は、例えば前述の第１図に示した交流負荷
のように、ブリッジ整流回路の出力側に大容量のコンデ
ンサを有するような負荷である。勿論、この整流回路と
電源側との間に交流トランスが含まれてもよい。前述し
たように、このような負荷に交流電源を投入すると、負
荷１８に含まれるコンデンサが充電されるまでは、コン
デンサに対する充電電流が流れ、このため負荷の入力側
においては定常状態における交流電流よりも遥かに大き
な交流突入電流が流れることになる。本実施例はこのよ
うな交流突入電流を抑圧するための装置である。

さらに、本実施例においては、前述の実施例には含まれ
ていないダイオードブリッジ１９が含まれている。この
ダイオードブリッジ１９のため、負荷１８に流れる交流
電流は、必らずトランジスタ１３および電流測定用抵抗
器１４を介して流れるが、第６図に示すダイオードブリ
ッジ１９の構成から明らかなように、ダイオードブリッ
ジ１９０作用によ〕、負荷に流れる交流電流が整流され
一方向に流れる脈流（直流）に変換された形でトランジ
スタ１３および抵抗器１４を介して流れることになる。

このため、インダクタ１２．トランジスタ１３．抵抗器
１４．比較器１５．基準電圧電源１６および制御回路１
７を用いて、第１の発明の実施例で行なったのと同様に
してトランジスタ１３を制御し、ここに流れる最大電流
を制限することにより、前述の実施例において負荷８に
流れる直流負荷電流に対して行なったのと殆んど同じ制
御を負荷１８に流れる交流負荷電流に対して行なうこと
ができる。

以上の説明で明らかなように１本実施例によると負荷１
８に流れる交流電流のピーク値は、電源１６からの基準
電圧で定まる最大電流ＩＭで抑えられるため、この基準
電圧を適当に設定することによシ、電源投入時の突入交
流電流をある一定値以下に制限し、また定常状態になっ
た場合には連続的に導通状態を保持し、導通に殆んど影
響を与えないような動作をする交流電源用の突入電流防
止装置を提供することができる。

本実施例においても、トランジそ夕１３に対し、第５図
で説明した抵抗およびコンデンサによるサージアブソー
バおよびバリスタによる保護回路を並列に接続して一層
性能金改善することができる。

第７図に本実施例の電源投入過渡状態中における負荷交
流電流波形の一すイクル分を一例として示す。上述のサ
ージアブソーバの付加によ、９）ランジスタ１３がオフ
状態のときも電流ｔｉＯにまで落ち込まない。

なお、インダクタ１２は第６図に示したようにダイオー
ドブリッジ１９の外側に接続するかわ如１３− に、ダイオードブリッジ１９の内側にトランジスタ１３
および抵抗器１４と直列になるように挿入してもよい。

以上のように、本実施例によると交流電源１１０投入時
における突入電流を効果的に制限する交流電源用の突入
電流防止装置を提供できる。

さて、前述の第１の発明の実施例においても第２の発明
の実施例においても、殆んど同様な動作をするための要
素として、電圧比較器５．１５、基準電圧電源６．１６
および制御回路７．１７を含むが、これらの諸要素は一
般にトランジスタを含む能動回路で構成されるため、こ
れらを動作させるための電源（補助直流電源）が必要で
ある。

この電源が、前述の負荷に対する電源投入に先だって通
電されており、上述の諸要素の正常動作状態時において
、負荷に対する電源投入が行なわれれば、これらの突入
電流防止装置は上に説明したように正常に動作する。し
かし、この補助直流電源に対する通電を、負荷に対する
電源投入と同時に行なおうとすると下記のような機能を
含ませる１４− 必要がある。

前述の第２の発明の実施例に対してこの機能を含ませた
突入電流防止装置の一実施例を第８図に示す。

この実施例では前述の第６図に示したすべてに対応する
要素を含むほかに、補助電源２１および電源投入時遅延
回路２２を含んでいる。

この中の補助電源２１は、比較器１５′、基準電圧電源
１６′、制御回路１７′等に供給する必要な直流電圧を
電源１１から得るための専用の補助電源であシ、また電
源投入時遅延回路２２は、補助電源２１の電源投入時に
、補助電源２１の電圧が正常値に達するまでトランジス
タ１３のベース電圧をトランジスタ１３がオフ状態に保
持されるようにした遅延回路である。

以上の構成によシ、負荷１８に対する電源投入時に同時
に補助電源２１が投入されても（第８図のＳ、８点の接
続によシミ源投入が行なわれても）、負荷１８に対する
電流は、遅延回路２２の動作のために導通が開始されず
、補助電源２１の電圧が正常値になシ、比較器１５′、
基準電圧電源１６′および制御回路１７′が正常に動作
するようになってから、回路２２によるトランジスタ１
３のオフ状態が解け、以後制御回路１７′による前述の
ような制御が開始され、負荷１８に対する電源投入の制
御が行なわれる。

以上は第２の発明の実施例を基として説明したが、第（
１）の発明に対しても上述と全く同様な機能を持たせる
ようにすることができる。

以上に述べた本発明の装置は、 （１）電流を検出しフィードバックしているので改善率
がよい（定常電流の１，２〜１．５倍装置にまで投入電
流値を抑えることができる）。

（ＩＩ）　補助直流電源の瞬停上における電圧低下を、
大容量のコンデンサにエネルギを蓄積する等の方法によ
シ遅くすれば、瞬定時においても支障なく動作するよう
にできる。

（ｌｉｉ）　定時制御しているので２次突入が発生しな
い。

（Ｉφ　負荷短絡等の事故の場合にも電流制限器として
有効に動作する。

２等の種々の利点を有している。

また（１切の利点のため、逆に、負荷短絡等においても
過大電流が流れないのでヒユーズやサーキットブレーカ
−が有効に作動しなくなるが、このような場合に自動的
に回路を遮断する必要があるときは下記のようにすれば
よい。

前述の説明で明らかなように、過大電流が流れようとす
るときには、トランジスタ３．１３は流れる電流を断続
し、正常の動作状態とは異なったオンオフ制御状態にお
かれる。このようなオンオフ制御状態は容易に検出する
ことができるので、このオンオフ制御が継続される時間
を測定する電子回路を設け、このオンオフ制御が異常に
長く続く場合（例えば数秒にもおよぶ場合）にはこの回
路の出力により別に設けたサーキットブレーカをトリッ
プさせて回路の遮断を行なう等の方法をとればよい。

以上述べたように本発明によると、電源投入時に過大の
突入電流を発生するようた負荷に対し、この突入電流を
効果的に制限する突入電流防止装１７− 置を提供することができる。

これにより、このような負荷に電源を投入する場合に生
ずる種々の障害を除去することができる。

【図面の簡単な説明】

第１図は交流電源投入に際し交流突入電流を発生する負
荷を説明するための図、第２図は従来例を説明するだめ
のブロック図、第３図は第（１）の発明の一実施例を示
すブロック図、第４図は前記実施例の負荷電流波形を説
明するための図、第５図は抵抗およびコンデンサによる
サージアブソーバとバリスタによる保護回路を示す図、
第６図は第（２）の発明の一実施例を示すブロック図、
第７図は前記実施例の負荷電流波形を説明するだめの図
および第８図は第（２）の発明の他の実施例を示すブロ
ック図である。 図において、 １・・・・・・直流電源、２，１２・・・・・・インダ
クタ、３゜１３・・・・・・トランジスタ、４．１４・
・・・・・電圧測定用抵抗器、５，１５．１５’・・・
・・・電圧比較器、６゜１８− １６．１６’・・・・・・基準電圧電源、７．１７．１
７’・・・・・・制御回路、８．１８・・・・・・負荷
、１１・・・・・・交流電源、１９・・・・・・ダイオ
ードブリッジ、２１・・・・・・補助直流電源、２２・
・・・・・電源投入時遅延回路。 １９− 半＋Ｓ

Claims (3)

【特許請求の範囲】
1. （１）負荷と直列に挿入されたインダクタとトランジス
   タと電流測定用抵抗器と、前記抵抗器の両端電圧と別に
   設けた基準電圧とを比較する電圧比較器と、前記電圧比
   較器により前記抵抗器の両端電圧の方が前記基準電圧よ
   シも大きくなったことが検出されると前記トランジスタ
   を非導通状態としかつこの非導通状態を特定の時間長だ
   け保持するように制御する制御手段とを有し、容量性の
   負荷等への電流投入時に発生する過大電流の流入を防止
   するようにしたことを特徴とする直流電源用の突入電流
   防止装置。
2. （２）　実質的に負荷と直列に挿入され前記負荷に対す
   る電流を流すように接続されたインダクタとトランジス
   タと電流測定用抵抗器′と、前記インダクタと前記トラ
   ンジスタと前記抵抗器のうちの少くも前記トランジスタ
   と前記抵抗器とに対し整流された前記負荷に対する電流
   を流すように構成されたダイオードブリッジと、前記抵
   抗器の両端電圧と別に設けた基準電圧とを比較する電圧
   比較器と、前記比較器によシ前記抵抗器の両端電圧の方
   が前記基準電圧よりも大きくなったことが検出されると
   前記トランジスタを非導通状態としかつこの非導通状態
   を特定の時間長だけ保持するように制御する制御手段と
   を有し、電源投入時に発生する過大電流の流入を防止す
   るようにしたととを特徴とする交流電源用の突入電流防
   止装置。
3. （３）　電源投入後、前記基準電圧を供給し前記電圧比
   較器と前記制御手段とを駆動するための補助電源が正常
   に動作するようになるまで前記トランジスタを非導通状
   態に保持するようにしたことを特徴とする特許請求の範
   囲第（１）項または特許請求の範囲第（２）項記載の突
   入電流防止装置。