突入電流低減回路および電気機器
【課題】二次突入電流を低減しつつ、交流電源の瞬断に対して良好な応答性を得る。
【解決手段】動作回路１０と直列に挿入されたダイオードブリッジＤＢ２と、ダイオードブリッジＤＢ２の交流端子間に接続された抵抗素子Ｒ１と、ダイオードブリッジＤＢ２の直流端子間に接続された電流制御回路２１とを備え、この電流制御回路２１に、直流端子間に接続されたスイッチング素子Ｑ１と、スイッチング素子Ｑ１のバイアス制御点に接続されるとともに、交流電源を用いて動作回路１０で生成して第１の容量素子に充電された直流電源により充電されてバイアス制御点におけるバイアス電圧を上昇させる容量素子Ｃ１と、容量素子Ｃ１に並列接続された抵抗素子Ｒ２と、直流電源により容量素子Ｃ１を充電する充電経路に挿入された抵抗素子Ｒ３と、充電経路に挿入されて電流制御回路２１から動作回路１０への逆電流を阻止するダイオードＤ３とを備える。
【解決手段】動作回路１０と直列に挿入されたダイオードブリッジＤＢ２と、ダイオードブリッジＤＢ２の交流端子間に接続された抵抗素子Ｒ１と、ダイオードブリッジＤＢ２の直流端子間に接続された電流制御回路２１とを備え、この電流制御回路２１に、直流端子間に接続されたスイッチング素子Ｑ１と、スイッチング素子Ｑ１のバイアス制御点に接続されるとともに、交流電源を用いて動作回路１０で生成して第１の容量素子に充電された直流電源により充電されてバイアス制御点におけるバイアス電圧を上昇させる容量素子Ｃ１と、容量素子Ｃ１に並列接続された抵抗素子Ｒ２と、直流電源により容量素子Ｃ１を充電する充電経路に挿入された抵抗素子Ｒ３と、充電経路に挿入されて電流制御回路２１から動作回路１０への逆電流を阻止するダイオードＤ３とを備える。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、電源供給制御技術に関し、特に電源から負荷回路への突入電流を低減する突入電流低減技術に関する。
【背景技術】
【０００２】
インバータやコンバータなどの電力変換回路は、高い周波数でＡＣまたはＤＣの入力電源をスイッチングして、所望の電圧を持つＡＣまたはＤＣの出力電源へ変換する回路である。このような電力変換回路では、ＡＣ電源から得られたＤＣ電源に含まれる変動成分を平滑化するため、大容量の容量素子が用いられている。
したがって、電源投入時に、この容量素子を充電するよう突入電流が流入する。この突入電流は、急峻で振幅も大きいため、不要電磁波を放出し、周囲の電子機器内にノイズ電流を誘発させる原因にもなる。
【０００３】
従来、このような突入電流を低減させる突入電流低減技術として、スイッチング素子を用いて突入電流を低減する方法が提案されている（例えば、特許文献１など参照）。図８は、従来の突入電流低減回路を示す回路図である。
図８の突入電流低減回路５０では、突入電流が流れる供給経路上にＮチャネルＭＯＳＦＥＴからなるスイッチング素子Ｑ５１を配置し、動作回路１０に設けられている大容量の容量素子Ｃ０の電源投入当初はスイッチング素子Ｑ５１をオフしておき、ある程度まで容量素子Ｃ０を充電した後、スイッチング素子Ｑ５１をターンオンすることにより、電源投入時における容量素子Ｃ０への突入電流を低減している。
【先行技術文献】
【特許文献】
【０００４】
【特許文献１】特許第３９９０４２１号公報
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【０００５】
突入電流は、電気機器の利用者が意図的に電源を投入する場合だけでなく、交流電源が停電から復帰する場合にも流れる。停電から復帰までの時間が短い瞬時停電の場合も同様である。また、照明機器の場合、利用者が交流電源の電源スイッチを一旦オフして消灯した後、思い直して直ぐにスイッチをオンして点灯させる場合がある。さらに、人感センサにより照明機器の点灯／消灯を制御する場合にも、利用者の動きに応じて、一旦オフして消灯した後、直ぐにオンして点灯することがある。したがって、このような交流電源の瞬断が行われた場合でも、突入電流低減回路において、動作回路への突入電流を低減させる必要がある。
【０００６】
前述した従来技術では、電源投入当初において、動作回路１０に設けられている大容量の容量素子Ｃ０に充電電流を供給する供給経路が、スイッチング素子Ｑ５１のターンオンを遅延させて突入電流低減動作を制御する時定数回路で兼用されている。
具体的には、スイッチング素子Ｑ５１のドレイン端子とゲート端子との間に接続された抵抗素子Ｒ５１と、スイッチング素子Ｑ５１のゲート端子とソース端子との間に接続された抵抗素子Ｒ５２とが供給経路を構成しており、抵抗素子Ｒ５２とこれに並列接続された容量素子Ｃ１とが時定数回路を構成している。
【０００７】
さて、電源投入当初においては、スイッチング素子Ｑ５１のドレイン端子とソース端子との間の端子間抵抗がほぼ無限大であり、その後、時定数回路によりバイアス電圧（ゲート電圧）が徐々に上昇してスイッチング素子Ｑ５１がターンオンし、端子間抵抗がほぼゼロとなる。この際、スイッチング素子Ｑ５１がターンオンするまでは抵抗素子Ｒ１，Ｒ２の供給経路を介して容量素子Ｃ０が徐々に充電され、スイッチング素子Ｑ５１がターンオンした後は、スイッチング素子Ｑ５１を介して容量素子Ｃ０が一気に充電される。
【０００８】
したがって、電源投入時に供給経路を介して最初に発生する一次突入電流の後に、スイッチング素子Ｑ５１がターンオンするタイミングで二次突入電流が発生する。この二次突入電流の大きさは、スイッチング素子Ｑ５１のターンオン前後における容量素子Ｃ０の電位差に起因し、電位差が大きいほど二次突入電流は大きくなり、不要電磁波の放出原因になる。
【０００９】
ここで、交流電源の瞬断に対する応答性を考慮した場合、時定数回路の容量素子Ｃ１に充電されている電荷が電源の再投入時に残っていると、スイッチング素子Ｑ５１がオン状態のまま電源が再投入されることになり、一次突入電流を低減できなくなる。このため、容量素子Ｃ１の電荷をすばやく放電して、交流電源の瞬断に対する応答性を確保するためには、時定数回路の時定数を小さいほうが望ましいことになる。
【００１０】
しかしながら、時定数を小さくすると、電源の投入に応じて抵抗素子Ｒ５１を介して容量素子Ｃ５１が充電されてバイアス電圧がすぐに上昇するため、容量素子Ｃ０が十分充電されていない状態で、早めにスイッチング素子Ｑ５１がターンオンすることになる。このため、スイッチング素子Ｑ５１のターンオン前後における容量素子Ｃ０の電位差が大きくなり、二次突入電流が大きくなる。
したがって、前述した従来技術によれば、二次突入電流の低減を実現するためには時定数回路の時定数を小さくできないため、交流電源の瞬断に対して良好な応答性を得ることができないという問題点があった。
【００１１】
本発明はこのような課題を解決するためのものであり、二次突入電流を低減しつつ、交流電源の瞬断に対して良好な応答性を得ることができる突入電流低減技術を提供することを目的としている。
【課題を解決するための手段】
【００１２】
このような目的を達成するために、本発明にかかる突入電流低減回路は、交流源からの交流電源を動作回路へ供給する供給経路に対して、動作回路と直列に挿入されたダイオードブリッジと、ダイオードブリッジの交流端子間に接続された第１の抵抗素子と、ダイオードブリッジの直流端子間に接続された電流制御回路とを備え、電流制御回路は、直流端子間に接続されたスイッチング素子と、スイッチング素子のバイアス制御点に接続されるとともに、交流電源を用いて動作回路で生成されて第１の容量素子に充電された直流電源により充電されてバイアス制御点におけるバイアス電圧を上昇させる第２の容量素子と、容量素子に並列接続された第２の抵抗素子と、直流電源により第２の容量素子を充電する充電経路に挿入された第３の抵抗素子と、充電経路に挿入されて電流制御回路から動作回路への逆電流を阻止するダイオードとを備えるものである。
また、本発明にかかる電気機器は、前述した突入電流低減回路を備える電気機器である。
【発明の効果】
【００１３】
本発明によれば、突入電流低減回路に設けられたスイッチング素子のバイアス供給点に接続されている第２の容量素子が、交流電源を用いて動作回路で生成して第１の容量素子に充電された直流電源により充電経路を介して充電されるため、第１の容量素子がある程度充電された状態となってから、スイッチング素子がターンオンされることになる。したがって、スイッチング素子のターンオン前後における第１の容量素子の電位差が小さくなってから、スイッチング素子をターンオンさせることができ、スイッチング素子のターンオン時における二次突入電流を低減できる。
【００１４】
このため、スイッチング素子のターンオン時における二次突入電流を低減するために、第２の容量素子とこれに並列接続された第２の抵抗素子の時定数をある程度長く設定する必要がなくなることから、交流電源の瞬断時間に見合った短い時定数を設定することができる。よって、二次突入電流を低減しつつ、交流電源の瞬断に対して良好な応答性を得ることが可能となる。
【図面の簡単な説明】
【００１５】
【図１】第１の実施の形態にかかる突入電流低減回路、およびこの突入電流低減回路を備える電気機器の構成を示す回路図である。
【図２】突入電流低減回路の動作（Ｖ１＞Ｖ２）を示す説明図である。
【図３】突入電流低減回路の動作（Ｖ１＜Ｖ２）を示す説明図である。
【図４】従来の突入電流低減回路の動作を示す信号波形図である。
【図５】本実施の形態にかかる突入電流低減回路の動作を示す信号波形図である。
【図６】交流電源の瞬断時間の変化に対する突入電流特性を示すグラフである。
【図７】第２の実施の形態にかかる突入電流低減回路、およびこの突入電流低減回路を備える電気機器の構成を示す回路図である。
【図８】従来の突入電流低減回路を示す回路図である。
【発明を実施するための形態】
【００１６】
次に、本発明の実施の形態について図面を参照して説明する。
［第１の実施の形態］
まず、図１を参照して、本発明の第１の実施の形態にかかる突入電流低減回路、およびこの突入電流低減回路を備える電気機器について説明する。図１は、第１の実施の形態にかかる突入電流低減回路、およびこの突入電流低減回路を備える電気機器の構成を示す回路図である。
【００１７】
［電気機器］
電気機器１００は、交流源Ｅとその両端に設けられたスイッチＳＷ１，ＳＷ２とを含む交流回路に接続されて、交流源ＥからスイッチＳＷ１，ＳＷ２を介して供給された単相の交流電源により動作する動作回路１０を備えている。
図１の例では、動作回路１０として、交流電源により蛍光管を点灯駆動する照明用動作回路が示されている。
【００１８】
動作回路１０には、主な回路構成として、電力変換回路１１と負荷回路１２が設けられている。
電力変換回路１１は、交流源Ｅから供給された交流電源を直流電源に一旦変換した後、負荷回路１２で用いる周波数の交流電源に再変換して出力する機能を有している。
負荷回路１２は、電力変換回路１１からの交流電源により動作する機能を有している。
【００１９】
電力変換回路１１には、主な回路として、ダイオードブリッジＤＢ１、容量素子Ｃ０（第１の容量素子）、および発振回路１１Ａが設けられている。
ダイオードブリッジＤＢ１は、ブリッジ接続された４つのダイオードＤ１１，Ｄ１２，Ｄ１３，Ｄ１４からなり、入力された交流電源を整流して直流電源に変換して出力する機能を有している。
【００２０】
容量素子Ｃ０は、ダイオードブリッジＤＢ１の直流出力端子（＋端子，−端子）間に接続された大容量の電解コンデンサからなり、ダイオードブリッジＤＢ１から出力された直流電源を平滑化する機能を有している。
発振回路１１Ａは、共振型ＤＣ−ＡＣ変換回路などのインバータからなり、直流入力端子（＋端子，−端子）に入力された、容量素子Ｃ０で平滑化された直流電源を、負荷回路１２で用いる周波数の二次交流電源に再変換して、交流出力端子（〜端子）から出力する機能を有している。
【００２１】
負荷回路１２には、主な回路として、蛍光管１２Ａが設けられている。
蛍光管１２Ａは、発振回路１１Ａの交流出力端子間に接続されて、発振回路１１Ａから出力された二次交流電源により点灯する機能を有している。
【００２２】
これにより、動作回路１０では、交流源Ｅから供給経路３１，３２を介して供給された交流電源が、電力変換回路１１に入力されて、ダイオードブリッジＤＢ１により直流電源に変換されて、容量素子Ｃ０で平滑化された後、発振回路１１Ａで二次交流電源に再変換されて負荷回路１２へ出力され、この二次交流電源により負荷回路１２の蛍光管１２Ａが点灯する。
【００２３】
ノイズフィルタＮＦは、電源ライン用ＥＭＩフィルタなど、一般的なノイズフィルタからなり、動作回路１０の入力側に設けられて、動作回路１０の発振回路１１Ａで発生した高周波ノイズを除去する機能を有している。
このノイズフィルタＮＦは、交流源Ｅから動作回路１０へ交流電源が供給される供給経路３１，３２上にそれぞれ挿入された２つのコイルＬ（ノーマルモードチョーク）と、これらコイルＬの入力端子間および出力端子間にそれぞれ接続された２つの容量素子Ｃ（アクロスザライン容量素子）とから構成されている。
【００２４】
［突入電流低減回路］
突入電流低減回路２０は、交流源Ｅからの交流電源を動作回路１０へ供給する供給経路に対して、動作回路１０と直列に挿入されて、交流電流の供給開始時に動作回路１０へ流れ込む突入電流を低減する回路である。図１の例では、交流源Ｅから動作回路１０へ交流電源が供給される供給経路のうちスイッチＳＷ１側の供給経路３１において、スイッチＳＷ１とノイズフィルタとの間に挿入されている。
【００２５】
この突入電流低減回路２０には、主な回路部として、ダイオードブリッジＤＢ２、抵抗素子（第１の抵抗素子）Ｒ１、および電流制御回路２１が設けられている。
【００２６】
ダイオードブリッジＤＢ２は、ブリッジ接続された４つのダイオードＤ２１，Ｄ２２，Ｄ２３，Ｄ２４からなり、動作回路１０に交流電源を供給する供給経路に対して、動作回路１０と直列に挿入されている。具体的には、スイッチＳＷ１側の供給経路３１のうちスイッチＳＷ１とノイズフィルタとの間に挿入されており、ダイオードブリッジＤＢ２の一方の交流端子（〜端子）がＳＷ１に接続され、他方の交流端子（〜端子）がノイズフィルタＮＦに接続されている。
【００２７】
抵抗素子Ｒ１は、ダイオードブリッジＤＢ２の交流端子間に接続されている。
電流制御回路２１は、ダイオードブリッジＤＢ２の直流端子（＋端子，−端子）間に接続されている。
【００２８】
電流制御回路２１は、スイッチング素子Ｑ１、容量素子Ｃ１（第２の容量素子）、抵抗素子（第２の抵抗素子）Ｒ２、抵抗素子（第３の抵抗素子）Ｒ３、およびダイオードＤ３から構成されている。
スイッチング素子Ｑ１は、ＮチャネルＭＯＳＦＥＴからなり、ドレイン端子がダイオードブリッジＤＢ２の正側直流端子（＋端子）に接続され、ソース端子がダイオードブリッジＤＢ２の負側直流端子（−端子）に接続されている。
【００２９】
容量素子Ｃ１は、スイッチング素子Ｑ１のバイアス制御点、すなわちゲート端子とソース端子との間に接続された容量素子からなり、交流電源を用いて動作回路１０で生成した直流電源により充電されて、スイッチング素子Ｑ１のバイアス制御点におけるバイアス電圧（ゲート電圧）を上昇させる機能を有している。
抵抗素子Ｒ２は、容量素子Ｃ１に並列接続された抵抗素子である。
【００３０】
抵抗素子Ｒ３は、直流電源により容量素子Ｃ１を充電する充電経路３３に挿入された抵抗素子である。
ダイオードＤ３は、充電経路３３に挿入されて、電流制御回路２１から動作回路１０への逆電流を阻止するダイオードである。
【００３１】
［第１の実施の形態の動作］
次に、本実施の形態にかかる突入電流低減回路２０の動作について説明する。
まず、図２を参照して、スイッチＳＷ１，ＳＷ２の操作に応じた電気機器１００への電源投入時、ＳＷ１側のＶ１電圧がＳＷ２側の電圧Ｖ２より高い交流電源が交流源ＥからスイッチＳＷ１，ＳＷ２を介して突入電流低減回路２０へ印加された場合について説明する。図２は、突入電流低減回路の動作（Ｖ１＞Ｖ２）を示す説明図である。なお、動作開始時において、容量素子Ｃ０，Ｃ１は放電されているものとする。また、図２において、ノイズフィルタＮＦは省略されている。
【００３２】
スイッチＳＷ１，ＳＷ２が短絡して、交流源Ｅからの入力電圧ＶｉｎがＶｉｎ＝Ｖ１−Ｖ２＝０から上昇し始めると、まずノイズフィルタＮＦの容量素子Ｃへ高周波の突入電流が流れようとし、その後、電力変換回路１１の容量素子Ｃ０へ低周波の突入電流が流れようとする。
このとき、まず交流源Ｅから、供給経路３１上のスイッチＳＷ１、抵抗素子Ｒ１およびダイオードＤ１１を介して、容量素子Ｃ０の充電が始まる。
【００３３】
電源投入当初において、容量素子Ｃ１は抵抗素子Ｒ２により放電されており、スイッチング素子Ｑ１のバイアス電圧（バイアス電圧）ＶＧＳもゼロなので、スイッチング素子Ｑ１はカットオフされている。
これにより、電源投入当初の充電電流は、供給経路３１上のスイッチＳＷ１から抵抗素子Ｒ１およびダイオードＤ１１を介して容量素子Ｃ０へ流れ込み、供給経路３２上のダイオードＤ１２を介してスイッチＳＷ２へ戻る。このため、電源投入当初、最初に発生する一次突入電流は、抵抗素子Ｒ１により低減され、その後の充電継続に応じて、抵抗素子Ｒ１を流れる充電電流により容量素子Ｃ０が徐々に充電される。
【００３４】
この後、容量素子Ｃ０の充電が進むにつれて、スイッチＳＷ２から見た容量素子Ｃ０の正側端子の電位ＶＣが上昇し、充電経路３３上のダイオードＤ３および抵抗素子Ｒ３を介して容量素子Ｃ１が徐々に充電される。
これにより、電源投入当初には電位ＶＣと同電位であったスイッチング素子Ｑ１のソース電位ＶＳに比較して、電位ＶＣが十分高くなり、バイアス電圧ＶＧＳが上昇して、スイッチング素子Ｑ１がターンオンする。
【００３５】
このため、抵抗素子Ｒ１を迂回する供給経路３４、すなわちダイオードＤ２１、スイッチング素子Ｑ１、およびダイオードＤ２２からなる新たな供給経路が形成され、この供給経路３４を介して容量素子Ｃ０の充電が開始される。
この供給経路３４は、抵抗素子Ｒ１を持つ供給経路３１に比較して抵抗値がほとんどゼロであるため、スイッチング素子Ｑ１のターンオン時に、より大きな充電電流、すなわち二次突入電流が容量素子Ｃ０へ流れ込む。
【００３６】
しかし、スイッチング素子Ｑ１のバイアス供給点に接続されている容量素子Ｃ１は、容量素子Ｃ０の正側端子の電位ＶＣにより充電経路３３を介して充電されるため、容量素子Ｃ０がある程度充電された状態となってから、スイッチング素子Ｑ１がターンオンされる。これにより、スイッチング素子Ｑ１のターンオン前後における容量素子Ｃ０の電位差が小さくなってから、スイッチング素子Ｑ１がターンオンするため、スイッチング素子Ｑ１のターンオン時における二次突入電流が低減される。
【００３７】
このようにして、Ｖ１＞Ｖ２の場合、電気機器１００への電源投入時における最初の一次突入電流、およびスイッチング素子Ｑ１のターンオン時における二次突入電流が、それぞれ低減されることになる。
【００３８】
次に、図３を参照して、スイッチＳＷ１，ＳＷ２の操作に応じた電気機器１００への電源投入時、ＳＷ１側のＶ１電圧がＳＷ２側の電圧Ｖ２より低い交流電源が交流源ＥからスイッチＳＷ１，ＳＷ２を介して突入電流低減回路２０へ印加された場合について説明する。図３は、突入電流低減回路の動作（Ｖ１＜Ｖ２）を示す説明図である。なお、動作開始時において、容量素子Ｃ０，Ｃ１は放電されているものとする。また、図３において、ノイズフィルタＮＦは省略されている。
【００３９】
スイッチＳＷ１，ＳＷ２が短絡して、交流源Ｅからの入力電圧ＶｉｎがＶｉｎ＝Ｖ１−Ｖ２＝０から上昇し始めると、まずノイズフィルタＮＦの容量素子Ｃへ高周波の突入電流が流れようとし、その後、電力変換回路１１の容量素子Ｃ０へ低周波の突入電流が流れようとする。
このとき、まず交流源Ｅから、供給経路３２上のスイッチＳＷ２を介して、容量素子Ｃ０の充電が始まる。
【００４０】
電源投入当初において、容量素子Ｃ１は抵抗素子Ｒ２により放電されており、スイッチング素子Ｑ１のバイアス電圧（バイアス電圧）ＶＧＳもゼロなので、スイッチング素子Ｑ１はカットオフされている。
これにより、電源投入当初の充電電流は、スイッチＳＷ２から供給経路３２上のダイオードＤ１３を介して容量素子Ｃ０へ流れ込み、供給経路３１上のダイオードＤ１４、および抵抗素子Ｒ１を介してスイッチＳＷ１へ戻る。このため、電源投入当初、最初に発生する一次突入電流は、抵抗素子Ｒ１により低減され、その後の充電継続に応じて、抵抗素子Ｒ１を流れる充電電流により容量素子Ｃ０が徐々に充電される。
【００４１】
この後、容量素子Ｃ０の充電が進むにつれて、スイッチＳＷ１から見た容量素子Ｃ０の正側端子の電位ＶＣが上昇し、充電経路３３上のダイオードＤ３および抵抗素子Ｒ３を介して容量素子Ｃ１が徐々に充電される。
これにより、電源投入当初には電位ＶＣと同電位であったスイッチング素子Ｑ１のソース電位ＶＳに比較して、電位ＶＣが十分高くなり、バイアス電圧ＶＧＳが上昇して、スイッチング素子Ｑ１がターンオンする。
【００４２】
このため、抵抗素子Ｒ１を迂回する供給経路３４、すなわちダイオードＤ２３、スイッチング素子Ｑ１、およびダイオードＤ２４からなる新たな供給経路が形成され、この供給経路３４を介して容量素子Ｃ０の充電が開始される。
この供給経路３４は、抵抗素子Ｒ１を持つ供給経路３１に比較して抵抗値がほとんどゼロであるため、スイッチング素子Ｑ１のターンオン時に、より大きな充電電流、すなわち二次突入電流が容量素子Ｃ０へ流れ込む。
【００４３】
しかし、スイッチング素子Ｑ１のバイアス供給点に接続されている容量素子Ｃ１は、容量素子Ｃ０の正側端子の電位ＶＣにより充電経路３３を介して充電されるため、容量素子Ｃ０がある程度充電された状態となってから、スイッチング素子Ｑ１がターンオンされる。これにより、スイッチング素子Ｑ１のターンオン前後における容量素子Ｃ０の電位差が小さくなってから、スイッチング素子Ｑ１がターンオンするため、スイッチング素子Ｑ１のターンオン時における二次突入電流が低減される。
【００４４】
このようにして、Ｖ１＜Ｖ２の場合にも、電気機器１００への電源投入時における最初の一次突入電流、およびスイッチング素子Ｑ１のターンオン時における二次突入電流が、それぞれ低減されることになる。
【００４５】
図４は、従来の突入電流低減回路の動作を示す信号波形図である。ここでは、前述の図８に示した従来の突入電流低減回路２０における、容量素子Ｃ０の両端電圧、スイッチング素子Ｑ５１のバイアス電圧、および交流源Ｅ（２００Ｖ／５０Ｈｚ）からの充電電流に関する信号波形がそれぞれ示されている。横軸は、１ｄｉｖ当たり１００ｍｓのスケールであり、交流電源が時刻Ｔ０から時刻Ｔ１までの１００ｍｓにわたり瞬断されている。この際、容量素子Ｃ５１は２２μＦであり、抵抗素子Ｒ５２は１０ｋΩであり、時定数は２２０ｍｓである。
【００４６】
この図４では、時刻Ｔ０での交流電源の遮断に応じて、バイアス電圧が低下し始めるものの、その低下は緩やかであり、時刻Ｔ１においてもバイアス電圧が高いままである。これは、容量素子Ｃ５１と抵抗素子Ｒ５２の時定数が２２０ｍｓと、瞬断時間１００ｍｓの２倍程度と大きいため、時刻Ｔ１になっても容量素子Ｃ５１の電荷が放電しきらないからである。このため、時刻Ｔ１の電源再投入時において、スイッチング素子Ｑ５１が完全にカットオフされないまま、電源が再投入されたため、充電電流には計測画面読みで約２．９Ａの大きさでパルス状の一次突入電流が発生したものと考えられる。
【００４７】
図５は、本実施の形態にかかる突入電流低減回路の動作を示す信号波形図である。ここでは、前述の図１に示した本実施の形態にかかる突入電流低減回路２０における、容量素子Ｃ０の両端電圧、スイッチング素子Ｑ１のバイアス電圧、および交流源Ｅ（２００Ｖ／５０Ｈｚ）からの充電電流に関する信号波形がそれぞれ示されている。横軸は、１ｄｉｖ当たり１００ｍｓのスケールであり、交流電源が時刻Ｔ０から時刻Ｔ１までの１００ｍｓにわたり瞬断されている。この際、容量素子Ｃ１は４．７μＦであり、抵抗素子Ｒ２は８．２ｋΩであり、時定数は３９ｍｓである。
【００４８】
この図５では、時刻Ｔ０での交流電源の遮断に応じて、図４に比較してバイアス電圧が急速に低下し始め、時刻Ｔ１においては容量素子Ｃ１の電荷が放電してバイアス電圧がほぼゼロの状態である。これは、容量素子Ｃ１と抵抗素子Ｒ２の時定数が３９ｍｓと、瞬断時間１００ｍｓの１／２以下と小さいため、時刻Ｔ１において容量素子Ｃ１の電荷が放電しているからである。このため、時刻Ｔ１の電源再投入時において、スイッチング素子Ｑ１がほぼカットオフされた状態で、電源が再投入されたため、充電電流に発生したパルス状の一次突入電流は、抵抗素子Ｒ１により、計測画面読みで図４に比較して約１／３の約１．１Ａまで低減されていることが分かる。
【００４９】
図６は、交流電源の瞬断時間の変化に対する突入電流特性を示すグラフである。ここでは、横軸が交流電源の瞬断時間を示し、縦軸が突入電流を示している。図６において、特性ＩＲ０は、前述した従来の突入電流低減回路による突入電流特性であり、容量素子Ｃ１と抵抗素子Ｒ２の時定数は図４と同様の２２０ｍｓである。特性ＩＲ１は、本実施の形態にかかる突入電流低減回路による突入電流特性であり、容量素子Ｃ１と抵抗素子Ｒ２の時定数は図５と同様の３９ｍｓである。
例えば、電気機器１００の交流電源の瞬断に対する許容最小瞬断時間が１００ｍｓである場合、特性ＩＲ０では計測値約１５．５Ａの突入電流が発生するが、特性ＩＲ１では特性ＩＲ０の１／１０の約１．５Ａまで突入電流まで大幅に低減できていることがわかる。
【００５０】
［第１の実施の形態の効果］
このように、本実施の形態では、交流源Ｅからの交流電源を動作回路へ供給する供給経路３１に対して、動作回路１０と直列に挿入されたダイオードブリッジＤＢ２と、ダイオードブリッジＤＢ２の交流端子間に接続された抵抗素子Ｒ１と、ダイオードブリッジＤＢ２の直流端子間に接続された電流制御回路２１とを備え、この電流制御回路２１に、直流端子間に接続されたスイッチング素子Ｑ１と、スイッチング素子Ｑ１のバイアス制御点に接続されるとともに、交流電源を用いて動作回路１０で生成して第１の容量素子に充電された直流電源により充電されてバイアス制御点におけるバイアス電圧を上昇させる容量素子Ｃ１と、容量素子Ｃ１に並列接続された抵抗素子Ｒ２と、直流電源により容量素子Ｃ１を充電する充電経路に挿入された抵抗素子Ｒ３と、充電経路に挿入されて電流制御回路２１から動作回路１０への逆電流を阻止するダイオードＤ３とを備えている。
【００５１】
これにより、スイッチング素子Ｑ１のバイアス供給点に接続されている容量素子Ｃ１が、容量素子Ｃ０の正側端子の電位ＶＣにより充電経路３３を介して充電されるため、容量素子Ｃ０がある程度充電された状態となってから、スイッチング素子Ｑ１がターンオンされることになる。したがって、スイッチング素子Ｑ１のターンオン前後における容量素子Ｃ０の電位差が小さくなってから、スイッチング素子Ｑ１をターンオンさせることができ、スイッチング素子Ｑ１のターンオン時における二次突入電流を低減できる。
【００５２】
このため、スイッチング素子Ｑ１のターンオン時における二次突入電流を低減するために、容量素子Ｃ１と抵抗素子Ｒ２の時定数をある程度長く設定する必要がなくなることから、交流電源の瞬断時間に見合った短い時定数を設定することができる。よって、本実施の形態によれば、二次突入電流を低減しつつ、交流電源の瞬断に対して良好な応答性を得ることが可能となる。
【００５３】
また、本実施の形態では、スイッチング素子Ｑ１として、ＮＭＯＳＦＥＴを用いた場合を例として説明したが、代わりにＮＰＮバイポーラトランジスタを用いてもよい。また、ＰＭＯＳＦＥＴやＰＮＰバイポーラトランジスタを用いてもよい。さらには、スイッチング素子Ｑ１として、フォトカプラとＦＥＴが合体した光ＭＯＳ−ＦＥＴ（フォトリレー）を用いてもよい。また、スイッチＳＷ１，ＳＷ２は両切スイッチである必要はなく、スイッチＳＷ１，ＳＷ２のいずれか一方からなる片切スイッチであってもよい。
【００５４】
［第２の実施の形態］
次に、図７を参照して、本発明の第２の実施の形態にかかる突入電流低減回路２０について説明する。図７は、第２の実施の形態にかかる突入電流低減回路、およびこの突入電流低減回路を備える電気機器の構成を示す回路図であり、前述した図１と同じまたは同等部分には同一符号を付してある。
【００５５】
第１の実施の形態では、動作回路１０において、電力変換回路１１がインバータなどの発振回路１１Ａからなり、負荷回路１２が蛍光管１２Ａからなる場合を例として説明した。本実施の形態では、動作回路１０において、電力変換回路１１がコンバータなどの電圧変換回路１１Ｂからなり、負荷回路１２がＬＥＤモジュール１２Ｂからなる場合を例として説明する。
【００５６】
本実施の形態において、電力変換回路１１は、交流源Ｅから供給された交流電源を直流電源に一旦変換した後、電圧変換回路１１Ｂにより負荷回路１２で用いる直流電源に再変換して出力する機能を有している。
負荷回路１２は、電力変換回路１１からの直流電源により動作する機能を有している。
【００５７】
電圧変換回路１１Ｂは、共振型ＤＣ−ＤＣ変換回路などのコンバータからなり、ダイオードブリッジＤＢ１で整流されて直流入力端子（＋端子，−端子）に入力された直流電源を、負荷回路１２で用いる電圧の二次直流電源に再変換（昇圧または降圧）して、直流出力端子（＋端子，−端子）から出力する機能と有している。
容量素子Ｃ０は、電圧変換回路１１Ｂの直流出力端子（＋端子，−端子）間に接続された大容量の電解コンデンサからなり、電圧変換回路１１Ｂから出力された二次直流電源を平滑化する機能を有している。
【００５８】
ＬＥＤモジュール１２Ｂは、複数のＬＥＤが配列接続された回路モジュールからなり、電圧変換回路１１Ｂの直流出力端子間に接続されて、発振回路１１Ａから出力された二次直流電源により各ＬＥＤを点灯する機能を有している。
【００５９】
本実施の形態の動作回路１０における、これら以外の構成については、図１と同様であり、ここでの詳細な説明は省略する。
また、本実施の形態にかかる突入電流低減回路２０の構成は、図１と同様である。特に、電力変換回路１１の容量素子Ｃ０が電圧変換回路１１Ｂの出力側に設けられているものの、第１の実施の形態と同様にして、スイッチング素子Ｑ１のバイアス供給点に接続されている容量素子Ｃ１が、容量素子Ｃ０の正側端子の電位ＶＣにより充電経路３３を介して充電される。
【００６０】
これにより、容量素子Ｃ０がある程度充電された状態となってから、スイッチング素子Ｑ１がターンオンされることになる。したがって、スイッチング素子Ｑ１のターンオン前後における容量素子Ｃ０の電位差が小さくなってから、スイッチング素子Ｑ１をターンオンさせることができ、スイッチング素子Ｑ１のターンオン時における二次突入電流を低減できる。
【００６１】
このため、スイッチング素子Ｑ１のターンオン時における二次突入電流を低減するために、容量素子Ｃ１と抵抗素子Ｒ２の時定数をある程度長く設定する必要がなくなることから、交流電源の瞬断に見合った短い時定数を設定することができる。よって、本実施の形態によれば、二次突入電流を低減しつつ、交流電源の瞬断に対して良好な応答性を得ることが可能となる。
【００６２】
［実施の形態の拡張］
以上、実施形態を参照して本発明を説明したが、本発明は上記実施形態に限定されるものではない。本発明の構成や詳細には、本発明のスコープ内で当業者が理解しうる様々な変更をすることができる。
【符号の説明】
【００６３】
１００…電気機器、１０…動作回路、１１Ａ…発振回路、１１Ｂ…電力変換回路、１２…負荷回路、１２Ａ…蛍光管、１２Ｂ…ＬＥＤモジュール、２０…突入電流低減回路、２１…電流制御回路、３１，３２，３４…供給経路、３３…充電経路、Ｅ…交流源、ＳＷ１，ＳＷ２…スイッチ、ＮＦ…ノイズフィルタ、ＤＢ１…ダイオードブリッジ、Ｄ１１，Ｄ１２，Ｄ１３，Ｄ１４…ダイオード、Ｃ０…容量素子（第１の容量素子）、ＤＢ２…ダイオードブリッジ、Ｄ２１，Ｄ２２，Ｄ２３，Ｄ２４…ダイオード、Ｒ１…抵抗素子（第１の抵抗素子）、Ｒ２…抵抗素子（第２の抵抗素子）、Ｒ３…抵抗素子（第３の抵抗素子）、Ｃ１…容量素子（第２の容量素子）、Ｑ１…スイッチング素子、Ｄ３…ダイオード。
【技術分野】
【０００１】
本発明は、電源供給制御技術に関し、特に電源から負荷回路への突入電流を低減する突入電流低減技術に関する。
【背景技術】
【０００２】
インバータやコンバータなどの電力変換回路は、高い周波数でＡＣまたはＤＣの入力電源をスイッチングして、所望の電圧を持つＡＣまたはＤＣの出力電源へ変換する回路である。このような電力変換回路では、ＡＣ電源から得られたＤＣ電源に含まれる変動成分を平滑化するため、大容量の容量素子が用いられている。
したがって、電源投入時に、この容量素子を充電するよう突入電流が流入する。この突入電流は、急峻で振幅も大きいため、不要電磁波を放出し、周囲の電子機器内にノイズ電流を誘発させる原因にもなる。
【０００３】
従来、このような突入電流を低減させる突入電流低減技術として、スイッチング素子を用いて突入電流を低減する方法が提案されている（例えば、特許文献１など参照）。図８は、従来の突入電流低減回路を示す回路図である。
図８の突入電流低減回路５０では、突入電流が流れる供給経路上にＮチャネルＭＯＳＦＥＴからなるスイッチング素子Ｑ５１を配置し、動作回路１０に設けられている大容量の容量素子Ｃ０の電源投入当初はスイッチング素子Ｑ５１をオフしておき、ある程度まで容量素子Ｃ０を充電した後、スイッチング素子Ｑ５１をターンオンすることにより、電源投入時における容量素子Ｃ０への突入電流を低減している。
【先行技術文献】
【特許文献】
【０００４】
【特許文献１】特許第３９９０４２１号公報
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【０００５】
突入電流は、電気機器の利用者が意図的に電源を投入する場合だけでなく、交流電源が停電から復帰する場合にも流れる。停電から復帰までの時間が短い瞬時停電の場合も同様である。また、照明機器の場合、利用者が交流電源の電源スイッチを一旦オフして消灯した後、思い直して直ぐにスイッチをオンして点灯させる場合がある。さらに、人感センサにより照明機器の点灯／消灯を制御する場合にも、利用者の動きに応じて、一旦オフして消灯した後、直ぐにオンして点灯することがある。したがって、このような交流電源の瞬断が行われた場合でも、突入電流低減回路において、動作回路への突入電流を低減させる必要がある。
【０００６】
前述した従来技術では、電源投入当初において、動作回路１０に設けられている大容量の容量素子Ｃ０に充電電流を供給する供給経路が、スイッチング素子Ｑ５１のターンオンを遅延させて突入電流低減動作を制御する時定数回路で兼用されている。
具体的には、スイッチング素子Ｑ５１のドレイン端子とゲート端子との間に接続された抵抗素子Ｒ５１と、スイッチング素子Ｑ５１のゲート端子とソース端子との間に接続された抵抗素子Ｒ５２とが供給経路を構成しており、抵抗素子Ｒ５２とこれに並列接続された容量素子Ｃ１とが時定数回路を構成している。
【０００７】
さて、電源投入当初においては、スイッチング素子Ｑ５１のドレイン端子とソース端子との間の端子間抵抗がほぼ無限大であり、その後、時定数回路によりバイアス電圧（ゲート電圧）が徐々に上昇してスイッチング素子Ｑ５１がターンオンし、端子間抵抗がほぼゼロとなる。この際、スイッチング素子Ｑ５１がターンオンするまでは抵抗素子Ｒ１，Ｒ２の供給経路を介して容量素子Ｃ０が徐々に充電され、スイッチング素子Ｑ５１がターンオンした後は、スイッチング素子Ｑ５１を介して容量素子Ｃ０が一気に充電される。
【０００８】
したがって、電源投入時に供給経路を介して最初に発生する一次突入電流の後に、スイッチング素子Ｑ５１がターンオンするタイミングで二次突入電流が発生する。この二次突入電流の大きさは、スイッチング素子Ｑ５１のターンオン前後における容量素子Ｃ０の電位差に起因し、電位差が大きいほど二次突入電流は大きくなり、不要電磁波の放出原因になる。
【０００９】
ここで、交流電源の瞬断に対する応答性を考慮した場合、時定数回路の容量素子Ｃ１に充電されている電荷が電源の再投入時に残っていると、スイッチング素子Ｑ５１がオン状態のまま電源が再投入されることになり、一次突入電流を低減できなくなる。このため、容量素子Ｃ１の電荷をすばやく放電して、交流電源の瞬断に対する応答性を確保するためには、時定数回路の時定数を小さいほうが望ましいことになる。
【００１０】
しかしながら、時定数を小さくすると、電源の投入に応じて抵抗素子Ｒ５１を介して容量素子Ｃ５１が充電されてバイアス電圧がすぐに上昇するため、容量素子Ｃ０が十分充電されていない状態で、早めにスイッチング素子Ｑ５１がターンオンすることになる。このため、スイッチング素子Ｑ５１のターンオン前後における容量素子Ｃ０の電位差が大きくなり、二次突入電流が大きくなる。
したがって、前述した従来技術によれば、二次突入電流の低減を実現するためには時定数回路の時定数を小さくできないため、交流電源の瞬断に対して良好な応答性を得ることができないという問題点があった。
【００１１】
本発明はこのような課題を解決するためのものであり、二次突入電流を低減しつつ、交流電源の瞬断に対して良好な応答性を得ることができる突入電流低減技術を提供することを目的としている。
【課題を解決するための手段】
【００１２】
このような目的を達成するために、本発明にかかる突入電流低減回路は、交流源からの交流電源を動作回路へ供給する供給経路に対して、動作回路と直列に挿入されたダイオードブリッジと、ダイオードブリッジの交流端子間に接続された第１の抵抗素子と、ダイオードブリッジの直流端子間に接続された電流制御回路とを備え、電流制御回路は、直流端子間に接続されたスイッチング素子と、スイッチング素子のバイアス制御点に接続されるとともに、交流電源を用いて動作回路で生成されて第１の容量素子に充電された直流電源により充電されてバイアス制御点におけるバイアス電圧を上昇させる第２の容量素子と、容量素子に並列接続された第２の抵抗素子と、直流電源により第２の容量素子を充電する充電経路に挿入された第３の抵抗素子と、充電経路に挿入されて電流制御回路から動作回路への逆電流を阻止するダイオードとを備えるものである。
また、本発明にかかる電気機器は、前述した突入電流低減回路を備える電気機器である。
【発明の効果】
【００１３】
本発明によれば、突入電流低減回路に設けられたスイッチング素子のバイアス供給点に接続されている第２の容量素子が、交流電源を用いて動作回路で生成して第１の容量素子に充電された直流電源により充電経路を介して充電されるため、第１の容量素子がある程度充電された状態となってから、スイッチング素子がターンオンされることになる。したがって、スイッチング素子のターンオン前後における第１の容量素子の電位差が小さくなってから、スイッチング素子をターンオンさせることができ、スイッチング素子のターンオン時における二次突入電流を低減できる。
【００１４】
このため、スイッチング素子のターンオン時における二次突入電流を低減するために、第２の容量素子とこれに並列接続された第２の抵抗素子の時定数をある程度長く設定する必要がなくなることから、交流電源の瞬断時間に見合った短い時定数を設定することができる。よって、二次突入電流を低減しつつ、交流電源の瞬断に対して良好な応答性を得ることが可能となる。
【図面の簡単な説明】
【００１５】
【図１】第１の実施の形態にかかる突入電流低減回路、およびこの突入電流低減回路を備える電気機器の構成を示す回路図である。
【図２】突入電流低減回路の動作（Ｖ１＞Ｖ２）を示す説明図である。
【図３】突入電流低減回路の動作（Ｖ１＜Ｖ２）を示す説明図である。
【図４】従来の突入電流低減回路の動作を示す信号波形図である。
【図５】本実施の形態にかかる突入電流低減回路の動作を示す信号波形図である。
【図６】交流電源の瞬断時間の変化に対する突入電流特性を示すグラフである。
【図７】第２の実施の形態にかかる突入電流低減回路、およびこの突入電流低減回路を備える電気機器の構成を示す回路図である。
【図８】従来の突入電流低減回路を示す回路図である。
【発明を実施するための形態】
【００１６】
次に、本発明の実施の形態について図面を参照して説明する。
［第１の実施の形態］
まず、図１を参照して、本発明の第１の実施の形態にかかる突入電流低減回路、およびこの突入電流低減回路を備える電気機器について説明する。図１は、第１の実施の形態にかかる突入電流低減回路、およびこの突入電流低減回路を備える電気機器の構成を示す回路図である。
【００１７】
［電気機器］
電気機器１００は、交流源Ｅとその両端に設けられたスイッチＳＷ１，ＳＷ２とを含む交流回路に接続されて、交流源ＥからスイッチＳＷ１，ＳＷ２を介して供給された単相の交流電源により動作する動作回路１０を備えている。
図１の例では、動作回路１０として、交流電源により蛍光管を点灯駆動する照明用動作回路が示されている。
【００１８】
動作回路１０には、主な回路構成として、電力変換回路１１と負荷回路１２が設けられている。
電力変換回路１１は、交流源Ｅから供給された交流電源を直流電源に一旦変換した後、負荷回路１２で用いる周波数の交流電源に再変換して出力する機能を有している。
負荷回路１２は、電力変換回路１１からの交流電源により動作する機能を有している。
【００１９】
電力変換回路１１には、主な回路として、ダイオードブリッジＤＢ１、容量素子Ｃ０（第１の容量素子）、および発振回路１１Ａが設けられている。
ダイオードブリッジＤＢ１は、ブリッジ接続された４つのダイオードＤ１１，Ｄ１２，Ｄ１３，Ｄ１４からなり、入力された交流電源を整流して直流電源に変換して出力する機能を有している。
【００２０】
容量素子Ｃ０は、ダイオードブリッジＤＢ１の直流出力端子（＋端子，−端子）間に接続された大容量の電解コンデンサからなり、ダイオードブリッジＤＢ１から出力された直流電源を平滑化する機能を有している。
発振回路１１Ａは、共振型ＤＣ−ＡＣ変換回路などのインバータからなり、直流入力端子（＋端子，−端子）に入力された、容量素子Ｃ０で平滑化された直流電源を、負荷回路１２で用いる周波数の二次交流電源に再変換して、交流出力端子（〜端子）から出力する機能を有している。
【００２１】
負荷回路１２には、主な回路として、蛍光管１２Ａが設けられている。
蛍光管１２Ａは、発振回路１１Ａの交流出力端子間に接続されて、発振回路１１Ａから出力された二次交流電源により点灯する機能を有している。
【００２２】
これにより、動作回路１０では、交流源Ｅから供給経路３１，３２を介して供給された交流電源が、電力変換回路１１に入力されて、ダイオードブリッジＤＢ１により直流電源に変換されて、容量素子Ｃ０で平滑化された後、発振回路１１Ａで二次交流電源に再変換されて負荷回路１２へ出力され、この二次交流電源により負荷回路１２の蛍光管１２Ａが点灯する。
【００２３】
ノイズフィルタＮＦは、電源ライン用ＥＭＩフィルタなど、一般的なノイズフィルタからなり、動作回路１０の入力側に設けられて、動作回路１０の発振回路１１Ａで発生した高周波ノイズを除去する機能を有している。
このノイズフィルタＮＦは、交流源Ｅから動作回路１０へ交流電源が供給される供給経路３１，３２上にそれぞれ挿入された２つのコイルＬ（ノーマルモードチョーク）と、これらコイルＬの入力端子間および出力端子間にそれぞれ接続された２つの容量素子Ｃ（アクロスザライン容量素子）とから構成されている。
【００２４】
［突入電流低減回路］
突入電流低減回路２０は、交流源Ｅからの交流電源を動作回路１０へ供給する供給経路に対して、動作回路１０と直列に挿入されて、交流電流の供給開始時に動作回路１０へ流れ込む突入電流を低減する回路である。図１の例では、交流源Ｅから動作回路１０へ交流電源が供給される供給経路のうちスイッチＳＷ１側の供給経路３１において、スイッチＳＷ１とノイズフィルタとの間に挿入されている。
【００２５】
この突入電流低減回路２０には、主な回路部として、ダイオードブリッジＤＢ２、抵抗素子（第１の抵抗素子）Ｒ１、および電流制御回路２１が設けられている。
【００２６】
ダイオードブリッジＤＢ２は、ブリッジ接続された４つのダイオードＤ２１，Ｄ２２，Ｄ２３，Ｄ２４からなり、動作回路１０に交流電源を供給する供給経路に対して、動作回路１０と直列に挿入されている。具体的には、スイッチＳＷ１側の供給経路３１のうちスイッチＳＷ１とノイズフィルタとの間に挿入されており、ダイオードブリッジＤＢ２の一方の交流端子（〜端子）がＳＷ１に接続され、他方の交流端子（〜端子）がノイズフィルタＮＦに接続されている。
【００２７】
抵抗素子Ｒ１は、ダイオードブリッジＤＢ２の交流端子間に接続されている。
電流制御回路２１は、ダイオードブリッジＤＢ２の直流端子（＋端子，−端子）間に接続されている。
【００２８】
電流制御回路２１は、スイッチング素子Ｑ１、容量素子Ｃ１（第２の容量素子）、抵抗素子（第２の抵抗素子）Ｒ２、抵抗素子（第３の抵抗素子）Ｒ３、およびダイオードＤ３から構成されている。
スイッチング素子Ｑ１は、ＮチャネルＭＯＳＦＥＴからなり、ドレイン端子がダイオードブリッジＤＢ２の正側直流端子（＋端子）に接続され、ソース端子がダイオードブリッジＤＢ２の負側直流端子（−端子）に接続されている。
【００２９】
容量素子Ｃ１は、スイッチング素子Ｑ１のバイアス制御点、すなわちゲート端子とソース端子との間に接続された容量素子からなり、交流電源を用いて動作回路１０で生成した直流電源により充電されて、スイッチング素子Ｑ１のバイアス制御点におけるバイアス電圧（ゲート電圧）を上昇させる機能を有している。
抵抗素子Ｒ２は、容量素子Ｃ１に並列接続された抵抗素子である。
【００３０】
抵抗素子Ｒ３は、直流電源により容量素子Ｃ１を充電する充電経路３３に挿入された抵抗素子である。
ダイオードＤ３は、充電経路３３に挿入されて、電流制御回路２１から動作回路１０への逆電流を阻止するダイオードである。
【００３１】
［第１の実施の形態の動作］
次に、本実施の形態にかかる突入電流低減回路２０の動作について説明する。
まず、図２を参照して、スイッチＳＷ１，ＳＷ２の操作に応じた電気機器１００への電源投入時、ＳＷ１側のＶ１電圧がＳＷ２側の電圧Ｖ２より高い交流電源が交流源ＥからスイッチＳＷ１，ＳＷ２を介して突入電流低減回路２０へ印加された場合について説明する。図２は、突入電流低減回路の動作（Ｖ１＞Ｖ２）を示す説明図である。なお、動作開始時において、容量素子Ｃ０，Ｃ１は放電されているものとする。また、図２において、ノイズフィルタＮＦは省略されている。
【００３２】
スイッチＳＷ１，ＳＷ２が短絡して、交流源Ｅからの入力電圧ＶｉｎがＶｉｎ＝Ｖ１−Ｖ２＝０から上昇し始めると、まずノイズフィルタＮＦの容量素子Ｃへ高周波の突入電流が流れようとし、その後、電力変換回路１１の容量素子Ｃ０へ低周波の突入電流が流れようとする。
このとき、まず交流源Ｅから、供給経路３１上のスイッチＳＷ１、抵抗素子Ｒ１およびダイオードＤ１１を介して、容量素子Ｃ０の充電が始まる。
【００３３】
電源投入当初において、容量素子Ｃ１は抵抗素子Ｒ２により放電されており、スイッチング素子Ｑ１のバイアス電圧（バイアス電圧）ＶＧＳもゼロなので、スイッチング素子Ｑ１はカットオフされている。
これにより、電源投入当初の充電電流は、供給経路３１上のスイッチＳＷ１から抵抗素子Ｒ１およびダイオードＤ１１を介して容量素子Ｃ０へ流れ込み、供給経路３２上のダイオードＤ１２を介してスイッチＳＷ２へ戻る。このため、電源投入当初、最初に発生する一次突入電流は、抵抗素子Ｒ１により低減され、その後の充電継続に応じて、抵抗素子Ｒ１を流れる充電電流により容量素子Ｃ０が徐々に充電される。
【００３４】
この後、容量素子Ｃ０の充電が進むにつれて、スイッチＳＷ２から見た容量素子Ｃ０の正側端子の電位ＶＣが上昇し、充電経路３３上のダイオードＤ３および抵抗素子Ｒ３を介して容量素子Ｃ１が徐々に充電される。
これにより、電源投入当初には電位ＶＣと同電位であったスイッチング素子Ｑ１のソース電位ＶＳに比較して、電位ＶＣが十分高くなり、バイアス電圧ＶＧＳが上昇して、スイッチング素子Ｑ１がターンオンする。
【００３５】
このため、抵抗素子Ｒ１を迂回する供給経路３４、すなわちダイオードＤ２１、スイッチング素子Ｑ１、およびダイオードＤ２２からなる新たな供給経路が形成され、この供給経路３４を介して容量素子Ｃ０の充電が開始される。
この供給経路３４は、抵抗素子Ｒ１を持つ供給経路３１に比較して抵抗値がほとんどゼロであるため、スイッチング素子Ｑ１のターンオン時に、より大きな充電電流、すなわち二次突入電流が容量素子Ｃ０へ流れ込む。
【００３６】
しかし、スイッチング素子Ｑ１のバイアス供給点に接続されている容量素子Ｃ１は、容量素子Ｃ０の正側端子の電位ＶＣにより充電経路３３を介して充電されるため、容量素子Ｃ０がある程度充電された状態となってから、スイッチング素子Ｑ１がターンオンされる。これにより、スイッチング素子Ｑ１のターンオン前後における容量素子Ｃ０の電位差が小さくなってから、スイッチング素子Ｑ１がターンオンするため、スイッチング素子Ｑ１のターンオン時における二次突入電流が低減される。
【００３７】
このようにして、Ｖ１＞Ｖ２の場合、電気機器１００への電源投入時における最初の一次突入電流、およびスイッチング素子Ｑ１のターンオン時における二次突入電流が、それぞれ低減されることになる。
【００３８】
次に、図３を参照して、スイッチＳＷ１，ＳＷ２の操作に応じた電気機器１００への電源投入時、ＳＷ１側のＶ１電圧がＳＷ２側の電圧Ｖ２より低い交流電源が交流源ＥからスイッチＳＷ１，ＳＷ２を介して突入電流低減回路２０へ印加された場合について説明する。図３は、突入電流低減回路の動作（Ｖ１＜Ｖ２）を示す説明図である。なお、動作開始時において、容量素子Ｃ０，Ｃ１は放電されているものとする。また、図３において、ノイズフィルタＮＦは省略されている。
【００３９】
スイッチＳＷ１，ＳＷ２が短絡して、交流源Ｅからの入力電圧ＶｉｎがＶｉｎ＝Ｖ１−Ｖ２＝０から上昇し始めると、まずノイズフィルタＮＦの容量素子Ｃへ高周波の突入電流が流れようとし、その後、電力変換回路１１の容量素子Ｃ０へ低周波の突入電流が流れようとする。
このとき、まず交流源Ｅから、供給経路３２上のスイッチＳＷ２を介して、容量素子Ｃ０の充電が始まる。
【００４０】
電源投入当初において、容量素子Ｃ１は抵抗素子Ｒ２により放電されており、スイッチング素子Ｑ１のバイアス電圧（バイアス電圧）ＶＧＳもゼロなので、スイッチング素子Ｑ１はカットオフされている。
これにより、電源投入当初の充電電流は、スイッチＳＷ２から供給経路３２上のダイオードＤ１３を介して容量素子Ｃ０へ流れ込み、供給経路３１上のダイオードＤ１４、および抵抗素子Ｒ１を介してスイッチＳＷ１へ戻る。このため、電源投入当初、最初に発生する一次突入電流は、抵抗素子Ｒ１により低減され、その後の充電継続に応じて、抵抗素子Ｒ１を流れる充電電流により容量素子Ｃ０が徐々に充電される。
【００４１】
この後、容量素子Ｃ０の充電が進むにつれて、スイッチＳＷ１から見た容量素子Ｃ０の正側端子の電位ＶＣが上昇し、充電経路３３上のダイオードＤ３および抵抗素子Ｒ３を介して容量素子Ｃ１が徐々に充電される。
これにより、電源投入当初には電位ＶＣと同電位であったスイッチング素子Ｑ１のソース電位ＶＳに比較して、電位ＶＣが十分高くなり、バイアス電圧ＶＧＳが上昇して、スイッチング素子Ｑ１がターンオンする。
【００４２】
このため、抵抗素子Ｒ１を迂回する供給経路３４、すなわちダイオードＤ２３、スイッチング素子Ｑ１、およびダイオードＤ２４からなる新たな供給経路が形成され、この供給経路３４を介して容量素子Ｃ０の充電が開始される。
この供給経路３４は、抵抗素子Ｒ１を持つ供給経路３１に比較して抵抗値がほとんどゼロであるため、スイッチング素子Ｑ１のターンオン時に、より大きな充電電流、すなわち二次突入電流が容量素子Ｃ０へ流れ込む。
【００４３】
しかし、スイッチング素子Ｑ１のバイアス供給点に接続されている容量素子Ｃ１は、容量素子Ｃ０の正側端子の電位ＶＣにより充電経路３３を介して充電されるため、容量素子Ｃ０がある程度充電された状態となってから、スイッチング素子Ｑ１がターンオンされる。これにより、スイッチング素子Ｑ１のターンオン前後における容量素子Ｃ０の電位差が小さくなってから、スイッチング素子Ｑ１がターンオンするため、スイッチング素子Ｑ１のターンオン時における二次突入電流が低減される。
【００４４】
このようにして、Ｖ１＜Ｖ２の場合にも、電気機器１００への電源投入時における最初の一次突入電流、およびスイッチング素子Ｑ１のターンオン時における二次突入電流が、それぞれ低減されることになる。
【００４５】
図４は、従来の突入電流低減回路の動作を示す信号波形図である。ここでは、前述の図８に示した従来の突入電流低減回路２０における、容量素子Ｃ０の両端電圧、スイッチング素子Ｑ５１のバイアス電圧、および交流源Ｅ（２００Ｖ／５０Ｈｚ）からの充電電流に関する信号波形がそれぞれ示されている。横軸は、１ｄｉｖ当たり１００ｍｓのスケールであり、交流電源が時刻Ｔ０から時刻Ｔ１までの１００ｍｓにわたり瞬断されている。この際、容量素子Ｃ５１は２２μＦであり、抵抗素子Ｒ５２は１０ｋΩであり、時定数は２２０ｍｓである。
【００４６】
この図４では、時刻Ｔ０での交流電源の遮断に応じて、バイアス電圧が低下し始めるものの、その低下は緩やかであり、時刻Ｔ１においてもバイアス電圧が高いままである。これは、容量素子Ｃ５１と抵抗素子Ｒ５２の時定数が２２０ｍｓと、瞬断時間１００ｍｓの２倍程度と大きいため、時刻Ｔ１になっても容量素子Ｃ５１の電荷が放電しきらないからである。このため、時刻Ｔ１の電源再投入時において、スイッチング素子Ｑ５１が完全にカットオフされないまま、電源が再投入されたため、充電電流には計測画面読みで約２．９Ａの大きさでパルス状の一次突入電流が発生したものと考えられる。
【００４７】
図５は、本実施の形態にかかる突入電流低減回路の動作を示す信号波形図である。ここでは、前述の図１に示した本実施の形態にかかる突入電流低減回路２０における、容量素子Ｃ０の両端電圧、スイッチング素子Ｑ１のバイアス電圧、および交流源Ｅ（２００Ｖ／５０Ｈｚ）からの充電電流に関する信号波形がそれぞれ示されている。横軸は、１ｄｉｖ当たり１００ｍｓのスケールであり、交流電源が時刻Ｔ０から時刻Ｔ１までの１００ｍｓにわたり瞬断されている。この際、容量素子Ｃ１は４．７μＦであり、抵抗素子Ｒ２は８．２ｋΩであり、時定数は３９ｍｓである。
【００４８】
この図５では、時刻Ｔ０での交流電源の遮断に応じて、図４に比較してバイアス電圧が急速に低下し始め、時刻Ｔ１においては容量素子Ｃ１の電荷が放電してバイアス電圧がほぼゼロの状態である。これは、容量素子Ｃ１と抵抗素子Ｒ２の時定数が３９ｍｓと、瞬断時間１００ｍｓの１／２以下と小さいため、時刻Ｔ１において容量素子Ｃ１の電荷が放電しているからである。このため、時刻Ｔ１の電源再投入時において、スイッチング素子Ｑ１がほぼカットオフされた状態で、電源が再投入されたため、充電電流に発生したパルス状の一次突入電流は、抵抗素子Ｒ１により、計測画面読みで図４に比較して約１／３の約１．１Ａまで低減されていることが分かる。
【００４９】
図６は、交流電源の瞬断時間の変化に対する突入電流特性を示すグラフである。ここでは、横軸が交流電源の瞬断時間を示し、縦軸が突入電流を示している。図６において、特性ＩＲ０は、前述した従来の突入電流低減回路による突入電流特性であり、容量素子Ｃ１と抵抗素子Ｒ２の時定数は図４と同様の２２０ｍｓである。特性ＩＲ１は、本実施の形態にかかる突入電流低減回路による突入電流特性であり、容量素子Ｃ１と抵抗素子Ｒ２の時定数は図５と同様の３９ｍｓである。
例えば、電気機器１００の交流電源の瞬断に対する許容最小瞬断時間が１００ｍｓである場合、特性ＩＲ０では計測値約１５．５Ａの突入電流が発生するが、特性ＩＲ１では特性ＩＲ０の１／１０の約１．５Ａまで突入電流まで大幅に低減できていることがわかる。
【００５０】
［第１の実施の形態の効果］
このように、本実施の形態では、交流源Ｅからの交流電源を動作回路へ供給する供給経路３１に対して、動作回路１０と直列に挿入されたダイオードブリッジＤＢ２と、ダイオードブリッジＤＢ２の交流端子間に接続された抵抗素子Ｒ１と、ダイオードブリッジＤＢ２の直流端子間に接続された電流制御回路２１とを備え、この電流制御回路２１に、直流端子間に接続されたスイッチング素子Ｑ１と、スイッチング素子Ｑ１のバイアス制御点に接続されるとともに、交流電源を用いて動作回路１０で生成して第１の容量素子に充電された直流電源により充電されてバイアス制御点におけるバイアス電圧を上昇させる容量素子Ｃ１と、容量素子Ｃ１に並列接続された抵抗素子Ｒ２と、直流電源により容量素子Ｃ１を充電する充電経路に挿入された抵抗素子Ｒ３と、充電経路に挿入されて電流制御回路２１から動作回路１０への逆電流を阻止するダイオードＤ３とを備えている。
【００５１】
これにより、スイッチング素子Ｑ１のバイアス供給点に接続されている容量素子Ｃ１が、容量素子Ｃ０の正側端子の電位ＶＣにより充電経路３３を介して充電されるため、容量素子Ｃ０がある程度充電された状態となってから、スイッチング素子Ｑ１がターンオンされることになる。したがって、スイッチング素子Ｑ１のターンオン前後における容量素子Ｃ０の電位差が小さくなってから、スイッチング素子Ｑ１をターンオンさせることができ、スイッチング素子Ｑ１のターンオン時における二次突入電流を低減できる。
【００５２】
このため、スイッチング素子Ｑ１のターンオン時における二次突入電流を低減するために、容量素子Ｃ１と抵抗素子Ｒ２の時定数をある程度長く設定する必要がなくなることから、交流電源の瞬断時間に見合った短い時定数を設定することができる。よって、本実施の形態によれば、二次突入電流を低減しつつ、交流電源の瞬断に対して良好な応答性を得ることが可能となる。
【００５３】
また、本実施の形態では、スイッチング素子Ｑ１として、ＮＭＯＳＦＥＴを用いた場合を例として説明したが、代わりにＮＰＮバイポーラトランジスタを用いてもよい。また、ＰＭＯＳＦＥＴやＰＮＰバイポーラトランジスタを用いてもよい。さらには、スイッチング素子Ｑ１として、フォトカプラとＦＥＴが合体した光ＭＯＳ−ＦＥＴ（フォトリレー）を用いてもよい。また、スイッチＳＷ１，ＳＷ２は両切スイッチである必要はなく、スイッチＳＷ１，ＳＷ２のいずれか一方からなる片切スイッチであってもよい。
【００５４】
［第２の実施の形態］
次に、図７を参照して、本発明の第２の実施の形態にかかる突入電流低減回路２０について説明する。図７は、第２の実施の形態にかかる突入電流低減回路、およびこの突入電流低減回路を備える電気機器の構成を示す回路図であり、前述した図１と同じまたは同等部分には同一符号を付してある。
【００５５】
第１の実施の形態では、動作回路１０において、電力変換回路１１がインバータなどの発振回路１１Ａからなり、負荷回路１２が蛍光管１２Ａからなる場合を例として説明した。本実施の形態では、動作回路１０において、電力変換回路１１がコンバータなどの電圧変換回路１１Ｂからなり、負荷回路１２がＬＥＤモジュール１２Ｂからなる場合を例として説明する。
【００５６】
本実施の形態において、電力変換回路１１は、交流源Ｅから供給された交流電源を直流電源に一旦変換した後、電圧変換回路１１Ｂにより負荷回路１２で用いる直流電源に再変換して出力する機能を有している。
負荷回路１２は、電力変換回路１１からの直流電源により動作する機能を有している。
【００５７】
電圧変換回路１１Ｂは、共振型ＤＣ−ＤＣ変換回路などのコンバータからなり、ダイオードブリッジＤＢ１で整流されて直流入力端子（＋端子，−端子）に入力された直流電源を、負荷回路１２で用いる電圧の二次直流電源に再変換（昇圧または降圧）して、直流出力端子（＋端子，−端子）から出力する機能と有している。
容量素子Ｃ０は、電圧変換回路１１Ｂの直流出力端子（＋端子，−端子）間に接続された大容量の電解コンデンサからなり、電圧変換回路１１Ｂから出力された二次直流電源を平滑化する機能を有している。
【００５８】
ＬＥＤモジュール１２Ｂは、複数のＬＥＤが配列接続された回路モジュールからなり、電圧変換回路１１Ｂの直流出力端子間に接続されて、発振回路１１Ａから出力された二次直流電源により各ＬＥＤを点灯する機能を有している。
【００５９】
本実施の形態の動作回路１０における、これら以外の構成については、図１と同様であり、ここでの詳細な説明は省略する。
また、本実施の形態にかかる突入電流低減回路２０の構成は、図１と同様である。特に、電力変換回路１１の容量素子Ｃ０が電圧変換回路１１Ｂの出力側に設けられているものの、第１の実施の形態と同様にして、スイッチング素子Ｑ１のバイアス供給点に接続されている容量素子Ｃ１が、容量素子Ｃ０の正側端子の電位ＶＣにより充電経路３３を介して充電される。
【００６０】
これにより、容量素子Ｃ０がある程度充電された状態となってから、スイッチング素子Ｑ１がターンオンされることになる。したがって、スイッチング素子Ｑ１のターンオン前後における容量素子Ｃ０の電位差が小さくなってから、スイッチング素子Ｑ１をターンオンさせることができ、スイッチング素子Ｑ１のターンオン時における二次突入電流を低減できる。
【００６１】
このため、スイッチング素子Ｑ１のターンオン時における二次突入電流を低減するために、容量素子Ｃ１と抵抗素子Ｒ２の時定数をある程度長く設定する必要がなくなることから、交流電源の瞬断に見合った短い時定数を設定することができる。よって、本実施の形態によれば、二次突入電流を低減しつつ、交流電源の瞬断に対して良好な応答性を得ることが可能となる。
【００６２】
［実施の形態の拡張］
以上、実施形態を参照して本発明を説明したが、本発明は上記実施形態に限定されるものではない。本発明の構成や詳細には、本発明のスコープ内で当業者が理解しうる様々な変更をすることができる。
【符号の説明】
【００６３】
１００…電気機器、１０…動作回路、１１Ａ…発振回路、１１Ｂ…電力変換回路、１２…負荷回路、１２Ａ…蛍光管、１２Ｂ…ＬＥＤモジュール、２０…突入電流低減回路、２１…電流制御回路、３１，３２，３４…供給経路、３３…充電経路、Ｅ…交流源、ＳＷ１，ＳＷ２…スイッチ、ＮＦ…ノイズフィルタ、ＤＢ１…ダイオードブリッジ、Ｄ１１，Ｄ１２，Ｄ１３，Ｄ１４…ダイオード、Ｃ０…容量素子（第１の容量素子）、ＤＢ２…ダイオードブリッジ、Ｄ２１，Ｄ２２，Ｄ２３，Ｄ２４…ダイオード、Ｒ１…抵抗素子（第１の抵抗素子）、Ｒ２…抵抗素子（第２の抵抗素子）、Ｒ３…抵抗素子（第３の抵抗素子）、Ｃ１…容量素子（第２の容量素子）、Ｑ１…スイッチング素子、Ｄ３…ダイオード。
【特許請求の範囲】
【請求項１】
交流源からの交流電源を動作回路へ供給する供給経路に対して、前記動作回路と直列に挿入されたダイオードブリッジと、
前記ダイオードブリッジの交流端子間に接続された第１の抵抗素子と、
前記ダイオードブリッジの直流端子間に接続された電流制御回路と
を備え、
前記電流制御回路は、前記直流端子間に接続されたスイッチング素子と、前記スイッチング素子のバイアス制御点に接続されるとともに、前記交流電源を用いて前記動作回路で生成されて第１の容量素子に充電された直流電源により充電されて前記バイアス制御点におけるバイアス電圧を上昇させる第２の容量素子と、前記容量素子に並列接続された第２の抵抗素子と、前記直流電源により前記第２の容量素子を充電する充電経路に挿入された第３の抵抗素子と、前記充電経路に挿入されて前記電流制御回路から前記動作回路への逆電流を阻止するダイオードとを備える
ことを特徴とする突入電流低減回路。
【請求項２】
請求項１に記載の突入電流低減回路を備える電気機器。
【請求項１】
交流源からの交流電源を動作回路へ供給する供給経路に対して、前記動作回路と直列に挿入されたダイオードブリッジと、
前記ダイオードブリッジの交流端子間に接続された第１の抵抗素子と、
前記ダイオードブリッジの直流端子間に接続された電流制御回路と
を備え、
前記電流制御回路は、前記直流端子間に接続されたスイッチング素子と、前記スイッチング素子のバイアス制御点に接続されるとともに、前記交流電源を用いて前記動作回路で生成されて第１の容量素子に充電された直流電源により充電されて前記バイアス制御点におけるバイアス電圧を上昇させる第２の容量素子と、前記容量素子に並列接続された第２の抵抗素子と、前記直流電源により前記第２の容量素子を充電する充電経路に挿入された第３の抵抗素子と、前記充電経路に挿入されて前記電流制御回路から前記動作回路への逆電流を阻止するダイオードとを備える
ことを特徴とする突入電流低減回路。
【請求項２】
請求項１に記載の突入電流低減回路を備える電気機器。
【図１】
【図２】
【図３】
【図４】
【図５】
【図６】
【図７】
【図８】
【図２】
【図３】
【図４】
【図５】
【図６】
【図７】
【図８】
【公開番号】特開２０１２−１１３４９８（Ｐ２０１２−１１３４９８Ａ）
【公開日】平成２４年６月１４日（２０１２．６．１４）
【国際特許分類】
【出願番号】特願２０１０−２６１５８１（Ｐ２０１０−２６１５８１）
【出願日】平成２２年１１月２４日（２０１０．１１．２４）
【出願人】（０００１０２７３９）エヌ・ティ・ティ・アドバンステクノロジ株式会社 (265)
【出願人】（５９０００４６４８）株式会社共進電機製作所 (7)
【Ｆターム（参考）】
【公開日】平成２４年６月１４日（２０１２．６．１４）
【国際特許分類】
【出願日】平成２２年１１月２４日（２０１０．１１．２４）
【出願人】（０００１０２７３９）エヌ・ティ・ティ・アドバンステクノロジ株式会社 (265)
【出願人】（５９０００４６４８）株式会社共進電機製作所 (7)
【Ｆターム（参考）】
[ Back to top ]