JP2004304924A

JP2004304924A - Power supply

Info

Publication number: JP2004304924A
Application number: JP2003095138A
Authority: JP
Inventors: Yusuke Yamamoto; 裕介山本
Original assignee: Toyota Industries Corp
Current assignee: Toyota Industries Corp
Priority date: 2003-03-31
Filing date: 2003-03-31
Publication date: 2004-10-28
Anticipated expiration: 2023-03-31
Also published as: JP4273805B2

Abstract

<P>PROBLEM TO BE SOLVED: To provide a power supply that has high load-starting capability and that suppresses loss in a switching element by a continuous overload. <P>SOLUTION: A feedback circuit 6 generates PWM signals based on a reference sine wave and an output voltage. A drive circuit 7 drives an inverter 1 according to the PWM signals. When a latch circuit 15 is set to an overcurrent state by the detection of an overcurrent, the drive circuit 7 stops driving the inverter 1. After the lapse of a reset time from the detection of the overcurrent, the latch circuit 15 is released to drive the inverter 1 again. This reset time becomes long when a load starts, and becomes short after the load returns to normal operations. The reference sine wave is adjusted according to the occurrence frequency of the overcurrents. <P>COPYRIGHT: (C)2005,JPO&NCIPI

Description

【０００１】
【発明の属する技術分野】
本発明は、過電流保護機能を備えた電源装置に係わる。
【０００２】
【従来の技術】
従来より、過電流保護機能を備えた電源装置は知られている。ここで、過電流保護機能とは、過電流が検出されたときに、電源装置の出力を制限したり、電源装置の動作を停止することにより、電源装置自体および／または負荷を保護する機能をいう。（例えば、特許文献１参照。）
特許文献１に記載の電源装置では、過電流が発生すると、スイッチング素子が強制的にオフ状態に制御される。これにより、出力電圧が徐々に低下していく。そして、一定時間経過後、上記スイッチング素子のスイッチング動作を再開させる。これにより、スイッチング素子に過電流が流れ続けることが回避され、発熱や素子の破壊を防ぐようにしている。
【０００３】
また、出力電圧を基準信号に追従させるフィードバック制御を行う電源装置において、出力電流や出力電圧をモニタしながらその基準信号を修正する方式は、従来から知られている。この方式によれば、出力電流が大きくなると、フィードバック制御により上記基準信号が修正され、その修正された基準信号に追従するように出力が制御されるので、スイッチング素子等に流れる電流が制限される。
（例えば、特許文献２参照。）
他方、出力電圧をモニタすることにより過電流の発生を推定し、その推定結果に基づいて電源装置の動作を制御する方式も知られている。（例えば、特許文献３参照。）
特許文献３に記載の安定化電源においては、出力電圧が第２限界電圧よりも低下すると、過電流が発生したものとみなし、制御を一時的に停止した後に再開させる動作が行われる。また、出力電圧が上記第２限界電圧よりもさらに低い第１限界電圧をも下回ると、さらに大きな過電流が発生したものとみなし、制御が完全に停止される。
【０００４】
なお、交流出力電源の出力電圧をモニタすることにより出力電流を推定するためには、例えば、その出力電圧を全波整流した後にローパスフィルタを用いて平均化し、その平均化された電圧値が基準電圧値と比較されていた。（例えば、特許文献４参照。）
【０００５】
【特許文献１】
特許第２８７８０２９号公報（図４、段落０００６〜０００８など）
【０００６】
【特許文献２】
特許第３０４０７６７号公報（要約など）
【０００７】
【特許文献３】
特開平８−２３４８５２号公報（図１、図２、段落００２０〜００２４など）
【０００８】
【特許文献４】
特許第２７３７３１１号公報（図１、第３ページなど）
【０００９】
【発明が解決しようとする課題】
ところで、電源装置から電力の供給を受ける負荷の中には、一時的に（特に、その起動時に）大きな電力を必要とするものがある。しかし、従来の電源装置では、過電流保護機能を働かせながら、このような負荷を効率的に駆動することができなかった。
【００１０】
例えば、特許文献１、３に記載の電源装置では、起動時に大きな電力を必要とする負荷を駆動しようとすると、「過電流の発生」→「動作停止」→「再開」→「過電流の発生」を繰り返すこととなり、通常動作状態に入るまでに長い時間を要したり、場合によっては、負荷を立ち上げることができなかった。すなわち、負荷起動性が悪かった。なお、負荷起動性の問題は、過電流の発生により動作を停止したときからその動作を再開するまでの期間を短くすることにより解決可能であるが、この場合、結局、スイッチング素子に大きな電流が流れることとなってしまい、損失の増大、発熱量の増加を引き起こしてしまう。
【００１１】
また、特許文献２に記載の方式では、過電流の検出に伴って基準信号が徐々に修正されていくので、制御が間に合わず、過電流によるスイッチング素子の発熱や破壊が懸念される。
さらに、特許文献４に記載の電源装置では、ローパスフィルタの時定数を長くすると、負荷起動性が高くなる一方で過電流時にスイッチング素子を保護できないおそれがあり、その時定数を短くすると、保護機能が高くなる一方で負荷起動性が低くなってしまう。
【００１２】
このように、従来の電源装置においては、確実な過電流保護機能および良好な負荷起動性の双方を高次元で実現することはできなかった。
本発明の目的は、確実な過電流保護機能を提供するとともに、良好な負荷起動性が得られる電源装置を提案することである。
【００１３】
【課題を解決するための手段】
本発明の電源装置は、電力変換回路と、上記電力変換回路の出力のための基準信号を生成する制御手段と、上記電力変換回路の出力を上記基準信号に追従させるための制御信号を生成するフィードバック回路と、過電流の発生を検出する過電流検出手段と、過電流が検出されると第１の状態に設定され解除信号を受信すると第２の状態に設定されるラッチ回路と、上記ラッチ回路が上記第２の状態に設定されている期間に上記制御信号に基づいて上記電力変換回路を駆動する駆動回路、を有する。そして、上記制御手段は、過電流が検出されたときから所定時間経過後に上記解除信号を生成すると共に、過電流が検出される頻度に応じて上記基準信号を調整する。
【００１４】
この電源装置においては、過電流が検出されると、ラッチ回路が第１の状態に設定されて電力変換回路が停止する。よって、負荷が短絡するような大電流が発生しても、当該電源装置は保護される。また、過電流が検出される頻度に応じて上記基準信号が調整される。ここで、出力電圧は、この基準信号に追従する。よって、過電流が検出されたときに出力電圧を低下させることができ、損失が抑えられる。
【００１５】
上記電源装置において、上記制御手段は、過電流状態が継続している期間は、予め決められた下限値に達するまで上記基準信号を段階的に低下させていくようにしてもよい。あるいは、上記制御手段は、過電流が検出されない期間は、予め決められた上限値に達するまで上記基準信号を段階的に上昇させていくようにしてもよい。このような制御とすれば、出力電圧の急激な変動を回避できる。
【００１６】
本発明の他の態様の電源装置は、電力変換回路と、上記電力変換回路の出力のための基準信号を生成する制御手段と、上記電力変換回路の出力を上記基準信号に追従させるための制御信号を生成するフィードバック回路と、過電流の発生を検出する過電流検出手段と、過電流が検出されると第１の状態に設定され解除信号を受信すると第２の状態に設定されるラッチ回路と、上記ラッチ回路が上記第２の状態に設定されている期間に上記制御信号に基づいて上記電力変換回路を駆動する駆動回路、を有する。そして、上記制御手段は、負荷の起動時には、過電流が検出されたときから第１の期間が経過したときに上記解除信号を生成し、その後は、過電流が検出されたときから上記第１の期間よりも長い第２の期間が経過したときに上記解除信号を生成する。
【００１７】
この電源装置においては、負荷の起動時には、過電流状態であっても、電力変換回路が強制的に停止させられる期間が短くなり、負荷に大きな電流を供給できる。すなわち、負荷起動性が高くなる。一方、負荷が通常動作に移った後は、過電流が検出されたときに電力変換回路が強制的に停止させられる期間が長くなるので、平均電流の上限値が抑制される。よって、負荷が要求する電流が継続的に大きくなるような場合であっても、損失が抑えられる。
【００１８】
本発明のさらに他の態様の電源装置は、電力変換回路と、上記電力変換回路の出力のための基準信号を生成する制御手段と、上記電力変換回路の出力を上記基準信号に追従させるための制御信号を生成するフィードバック回路と、上記制御信号に基づいて上記電力変換回路を駆動する駆動回路、を有する。そして、上記制御手段は、出力電圧が第１の基準値を第１の期間継続して下回ったときに、又は、出力電圧が上記第１の基準値よりも低い第２の基準値を上記第１の期間よりも短い第２の期間継続して下回ったときに、上記駆動回路を強制的に停止する。
【００１９】
この電源装置においては、負荷から比較的大きな電流が要求された場合であっても、それが第１の期間よりも短い期間であれば、電力変換回路を停止することなく供給する。よって、負荷起動性は高い。一方、より大きな電流は要求された場合は、それが第１の期間よりも短い期間であっても、第２の期間継続すれば、電力変換回路は停止される。よって、負荷が短絡に近い状態になっても当該電源装置は保護される。
【００２０】
上記電源装置において、上記電力変換回路が所定周波数の正弦波交流電力を生成し、上記制御手段は、上記交流電力の半周期分の電圧をモニタすることによってその電圧実効値を算出し、算出した電圧実効値と上記第１および第２の基準値とを比較することにより上記駆動回路を強制的に停止するか否かの判断をするようにしてもよい。この構成によれば、交流電圧の実効値を利用することにより過負荷に対する保護の精度が高くなり、また、制御遅延が小さくなる。
【００２１】
【発明の実施の形態】
以下、本発明の実施形態について図面を参照しながら説明する。
図１は、本発明の実施形態の電源装置の構成図である。ここでは、電源装置の一例として、直流電力を交流電力に変換して出力するインバータ装置を採り上げて説明する。
【００２２】
インバータ部（電力変換回路）１は、駆動回路７からの駆動信号に従って、直流電力を交流電力に変換して出力する。ここで、駆動信号に従って生成される交流電力の周波数は、例えば、５０Ｈｚまたは６０Ｈｚである。また、インバータ部１は、例えば、図２に示す回路構成である。そして、スイッチング素子Ｍ１〜Ｍ４に適切な駆動信号が与えられることにより、交流電力を生成する。
【００２３】
マイコン（制御手段）２は、インバータ部１により生成されるべき交流電圧を指示する基準正弦波（基準信号）を生成する。なお、基準正弦波の周波数は、例えば、５０Ｈｚまたは６０Ｈｚである。また、基準正弦波の振幅は、基本的には予め固定的に決められているが、過電流発生時には、必要に応じて調整される。さらに、マイコン２は、後述する解除信号を生成してラッチ回路１５へ送る。なお、マイコン２の動作については、後で詳しく説明する。
【００２４】
差動増幅回路４は、マイコン２により生成される基準信号と、減衰回路３を介して与えられるインバータ部１の出力電圧との差分を増幅する。ＰＷＭ制御回路５は、差動増幅回路４の出力をゼロにするようなＰＷＭ信号（制御信号）を生成する。なお、ＰＷＭ信号は、所定周波数（例えば、数キロ〜数１０キロＨｚ）のパルス信号であって、そのパルス幅またはデューティは差動増幅回路４の出力に基づいて決定される。
【００２５】
駆動回路７は、ＰＷＭ制御回路５により生成されるＰＷＭ信号に従って、インバータ部１を駆動する。すなわち、減衰回路３、差動増幅回路４、ＰＷＭ制御回路５は、フォードバック回路６を構成する。
このように、このインバータ装置は、フィードバック制御により、マイコン２が生成する基準正弦波に出力電圧を追従させるように動作する。すなわち、マイコン２は、出力を低下させる場合には基準正弦波の振幅を小さくし、出力を上昇させる場合には基準正弦波の振幅を大きくすればよい。
【００２６】
実施形態の電源装置は、過電流保護機能を備える。ここで、過電流保護とは、過電流が検出されたときに、電源装置の出力を停止または制限することにより、電源装置自体および／または負荷を保護する動作を含む概念である。
過電流検出回路（過電流検出手段）１１は、電流検出部１２、増幅回路１３、判定回路１４を備え、過電流の発生を検出すると、その旨をラッチ回路１５に通知する。ここで、電流検出部１２は、インバータ部１の出力電流を検出する。増幅回路１３は、電流検出部１２に出力を増幅する。判定回路１４は、増幅回路１３の出力が予め設定されている閾値電圧を越えた場合に、過電流が発生した旨を表す信号を出力する。
【００２７】
ラッチ回路１５は、当該電源装置が通常動作をしているときは「通常状態（第２の状態）」に設定されている。そして、過電流が発生した旨の通知を過電流検出回路１１から受け取ると、ラッチ回路１５は「過電流状態（第１の状態）」に設定されるようになる。このとき、ラッチ回路１５の状態が「通常状態」から「過電流状態」に更新されると、過電流が発生した旨の通知（以下、過電流通知）がラッチ回路１５からマイコン２へ送られる。なお、ラッチ回路１５は、例えば、フリップフロップ回路により実現することができる。この場合、「通常状態／過電流状態」は、１ビットの情報により表すことができる。
【００２８】
マイコン２は、過電流通知を受け取ると、所定時間経過後に、解除信号をラッチ回路１５へ送る。そして、ラッチ回路１５は、解除信号を受け取ると、「過電流状態」から「通常状態」に更新される。
駆動回路７は、ラッチ回路１５が「通常状態」に設定されている期間は、フィードバック回路６により生成されるＰＷＭ信号に従ってインバータ部１を駆動する。一方、ラッチ回路１５が「過電流状態」に設定されている期間は、インバータ部１を駆動する動作を停止する。
【００２９】
図３は、図１に示す電源装置の動作を説明する図である。ここでは、時刻Ｔ１以前は、ラッチ回路１５は「通常状態」に設定されているものとする。また、マイコン２は、過電流通知の発生回数をカウントするカウンタを備えているものとする。
【００３０】
時刻Ｔ１において過電流が検出されると、ラッチ回路１５が「通常状態」から「過電流状態」に更新され、過電流通知が生成される。このとき、上記カウンタは「０」から「１」にインクリメントされる。また、ラッチ回路１５が「過電流状態」に設定されると、駆動回路７はインバータ部１の駆動を停止するので、出力電流はいったん逆方向に流れた後、徐々にゼロに収束していく。
【００３１】
マイコン２は、過電流通知を受け取った時から時間Ｄが経過すると、時刻Ｔ２において解除信号を生成する。これにより、ラッチ回路１５が「過電流状態」から「通常状態」に更新されると、以降、駆動回路７は、ＰＷＭ信号に従ってインバータ部１を駆動する。従って、出力電流は上昇していく。
【００３２】
続いて、時刻Ｔ３において再び過電流が検出されると、同様の動作が繰り返される。ただし、今回は、上記カウンタは「１」から「２」にインクリメントされる。そして、以降、過電流の発生が検出される毎に、カウンタがインクリメントされていく。
【００３３】
このように、実施形態の電源装置では、過電流が発生すると、いったん即座にインバータ部１を停止させた後、所定時間Ｄが経過した時点でインバータ部１を復帰させる制御が行われる。すなわち、過電流が発生すると、インバータ部１が時間Ｄ１だけ停止され、電流が減少していく。したがって、インバータ部１のスイッチング素子や負荷は、過電流から保護される。
【００３４】
ところで、負荷の中には、図４に示すように、起動時にのみ大きな電流を必要とするものがある。この種の負荷としては、例えば、テレビ等の容量性負荷や、ハロゲンヒータ等のように低温時のインピーダンスが高温時のそれよりも低い発熱体等が該当する。
【００３５】
実施形態の電源装置は、この種の負荷を短時間で立ち上げるために、負荷の起動時には、その負荷が通常動作をしている期間と比較して、過電流の発生に起因してインバータ部１の動作を強制的に停止する時間Ｄ（過電流通知が生成されてから解除信号を出力するまでの時間Ｄ：図３参照；以下、「復帰時間」と呼ぶ）を短く設定する。これにより、負荷の起動時には、インバータ部１が強制的に停止させられる期間が短くなるので、その負荷に対してより多くの電流を供給することができる。すなわち、負荷起動性が向上する。
【００３６】
図５は、解除信号を生成する処理を示すフローチャートである。なお、この処理は、マイコン２により実行される。また、この処理は、過電流検出回路１１により過電流が検出されてラッチ回路１５により過電流通知が生成される毎に実行される。
【００３７】
ステップＳ１では、過電流通知を検知する。なお、ラッチ回路１５はこの時点で「過電流状態」に設定され、また、駆動回路７はインバータ部１の動作を停止する。ステップＳ２では、過電流通知の回数を計数するためのカウンタをインクリメントする。
【００３８】
ステップＳ３では、上記カウンタのカウント値に基づいて復帰時間Ｄを決定する。この場合、例えば、カウント値が所定値以下であれば、負荷が起動段階であるものとみなし、或いは負荷に対してまだ十分な電荷が供給されていないものとみなし、復帰時間Ｄとして、インバータ部１を駆動する駆動信号のキャリア周波数の１周期に相当する時間を設定する。一方、カウント値が所定値を越えていれば、負荷が既に通常動作に移ったものとみなし、或いは負荷に対して既に十分な電荷が供給されたものとみなし、復帰時間Ｄとして、インバータ部１を駆動する駆動信号のキャリア周波数の２周期に相当する時間を設定する。ここで、キャリア周波数を、例えば、１０ｋＨｚとすると、復帰時間Ｄとして、カウント値が所定値以下であれば「０．１ｍ秒」が設定され、カウント値が所定値を越えていれば「０．２ｍ秒」が設定される。
【００３９】
ステップＳ４〜Ｓ５では、タイマを設定する。なお、設定されるタイマ値は、ステップＳ３で決定された復帰時間Ｄである。そして、タイマが満了すると、ステップＳ６において、ラッチ回路１５に対して解除信号を出力する。なお、この解除信号によりラッチ回路１５は「過電流状態」から「通常状態」に更新され、駆動回路７はインバータ部１を駆動する動作を再開する。
【００４０】
このように、実施形態の電源装置によれば、負荷の起動時の復帰時間は、通常動作時の復帰時間と比べて短くなっている。このため、負荷の起動時の平均電流を大きくすることができ、負荷起動性が高くなる。なお、電流を大きくすると、インバータ部１のスイッチング素子における発熱量が増加するが、このような大きな電流が許容される期間は負荷の起動時のみであり、比較的短い期間である。したがって、スイッチング素子における損失（すなわち、温度上昇）はさほどでもない。一方、通常動作時に何らかの理由で過電流状態が継続したとしても、その段階では長い復帰時間が設定されているので、負荷に供給すべき平均電流は所定値以下に抑えられる。したがって、この場合も、スイッチング素子における損失はさほどでもない。
【００４１】
なお、上述の例では、２種類の「復帰時間」が利用されているが、本発明はこれに限定されるものではない。すなわち、３種類以上の「復帰時間」を用意しておき、負荷の起動時からその「復帰時間」を徐々に短くしていくようにしてもよい。
【００４２】
また、上述の例では、過電流通知の回数が所定値を越えるか否かにより「復帰時間」が切り替えられるようにしているが、本発明はこれに限定されるものではない。すなわち、例えば、負荷の起動時からの経過時間が所定時間を越えた時点で「復帰時間」が切り替えられるようにしてもよい。
【００４３】
実施形態の電源装置は、上述のようにして「復帰時間」を切り替える機能に加え、過電流の発生頻度に応じて基準正弦波を調整する機能も併せ持っている。すなわち、マイコン２は、所定値以上の頻度で過電流通知を受信すると、基準正弦波の振幅を小さくすることにより出力電圧を低下させる。そして、過電流状態が継続した場合は、この動作を繰り返すことにより出力電圧を徐々に低下させていく。これにより、スイッチング素子における損失を抑えることができる。また、マイコン２は、過電流通知を一定期間受信しなかった場合は、基準正弦波の振幅を大きくすることにより出力電圧を上昇させる。そして、過電流が発生しない状態が継続すると、この動作が繰り返され、出力電圧は元のレベルにまで徐々に上昇していくことになる。
【００４４】
なお、過電流の発生頻度をモニタする期間は、例えば、当該電源装置が生成する交流電力の１周期に相当する時間とする。即ち、生成される交流が５０Ｈｚであるものとすると、１モニタ時間は、２０ｍ秒になる。また、マイコン２は、例えば、各モニタ時間内に受信した過電流通知の回数が「１０回」を越えた場合には基準正弦波の振幅を１ステップだけ小さくし、その回数が「０回」であった場合には基準正弦波の振幅を１ステップだけ大きくし、その回数が「１〜９回」であった場合は基準正弦波の振幅をそのまま維持する。ここで、基準正弦波の振幅は、それぞれ上限値および下限値が決められているものとする。
【００４５】
図６は、過電流の発生頻度に応じて基準正弦波を調整する動作を説明する図である。図６（ａ）に示す例では、第１番目および第２番目のモニタ時間における過電流状態の発生回数が閾値（ここでは、１０回）を越えている。このため、基準正弦波の振幅は、徐々に小さくなっていく。この後、第３番目以降の各モニタ時間における過電流状態の発生回数が閾値よりも小さくなると、基準正弦波の振幅はそのまま維持されるようになる。
【００４６】
一方、図６（ｂ）に示す例では、各モニタ時間においてそれぞれ過電流が全く検出されていない。この場合、基準正弦波の振幅は徐々に大きくなっていく。そして、基準正弦波の振幅が予め決められている上限値に達すると、以降は、そのレベルを保持する。
【００４７】
このように、基準正弦波の振幅は、過電流の発生頻度が高くなると小さくなっていき、過電流が検出されない状態では大きくなっていく。ここで、電源装置の出力電圧は、フィードバック制御により、この基準正弦波に追従するようになっている。したがって、電源装置の出力電圧は、過電流の発生頻度が高くなると低下し、過電流が検出されない状態では上昇するように制御されることとなる。すなわち、過負荷状態が継続する場合には、出力電圧を低下させることにより負荷に供給すべき電力を小さくすることができ、この結果、スイッチング素子における損失の低下が図れる。
【００４８】
図７は、基準正弦波を調整する処理を示すフローチャートである。なお、この処理は、マイコン２により、モニタ時間ごとに実行される。
ステップＳ１１では、当該モニタ時間内に通知された過電流通知の回数を検出する。ステップＳ１２では、検出された回数と予め設定されている閾値（ここでは、１０回）とが比較される。
【００４９】
過電流通知の回数が１０回以上であれば、ステップＳ１３において、現在の基準正弦波の振幅が下限値レベルであるか否かを調べる。このとき、現在の基準正弦波の振幅が下限値レベルでなければ、ステップＳ１４において、基準正弦波の振幅を「１ステップ」だけ小さくする。そして、ステップＳ１５において、変更された振幅に基づいて基準正弦波を現す基準値マップを更新する。
【００５０】
一方、過電流通知の回数がゼロであれば、ステップＳ１６において、現在の基準正弦波の振幅が上限値レベルであるか否かを調べる。このとき、現在の基準正弦波の振幅が上限値レベルでなければ、ステップＳ１７において、基準正弦波の振幅を「１ステップ」だけ大きくし、その後ステップＳ１５の処理を実行する。
【００５１】
ステップＳ１８では、ステップＳ１５で更新された基準値マップにより現される基準正弦波を出力する。なお、過電流通知の回数が１〜９回であった場合、および現在の基準正弦波の振幅が上限値レベルまたは下限値レベルであった場合には、前回と同じ基準正弦波を出力する。
【００５２】
このように、実施形態の電源装置では、負荷の起動時の復帰時間を短くすることにより負荷起動性の向上が図られ、また、過電流の発生頻度に応じて出力電圧を調整することにより定常的な過負荷が接続された場合の損失の低減が図されている。
【００５３】
なお、上述の例では、図５および図７に示すフローチャートの処理がマイコン２を用いて予め記述されたプログラムを実行することにより実現されているが、本発明はこれに限定されるものではなく、ハードウェア回路により実現されるようにしてもよい。
【００５４】
図８（ａ）に示す構成では、ラッチ回路１５から出力されるラッチ信号（上述の例では、過電流通知に相当する）がカウンタＩＣおよび単安定マルチバイブレータに与えられる。ここで、カウンタＩＣは、Ｒ−２Ｒラダー抵抗が接続されており、ラッチ信号をカウントする。また、カウンタＩＣのカウント値は、電圧に変換される。そして、タイマＩＣは、カウンタＩＣから出力される電圧に基づいて決まる復帰時間を計時する。そして、この復帰時間が経過すると、ラッチ回路１５が解除される。なお、ラッチ信号が一定時間出力されなかった場合は、単安定マルチバイブレータによりカウンタＩＣがリセットされる。
【００５５】
図８（ｂ）に示す構成では、ラッチ信号がＲＣ回路に与えられ、そのＲＣ回路の出力がタイマＩＣに与えられる。ここで、このＲＣ回路の出力電圧は、ラッチ信号の出力頻度に応じて決まる。したがって、タイマＩＣにより計時される復帰時間は、ラッチ信号の発生頻度に応じて決まることになる。
【００５６】
図９は、本発明の他の実施形態の電源装置の構成図である。なお、インバータ部１、フィードバック回路６、駆動回路７、過電流検出回路１１、ラッチ回路１５は、図１〜図８を参照しながら説明した通りである。ただし、マイコン２は、出力電圧に応じて駆動回路７を強制的に停止する機能を備えている。
【００５７】
この電源装置は、出力電圧の実効値をモニタする。ここで、出力電流の平均値の上限が決められているものとすると、負荷がそれよりも大きな電流を要求した場合、当該電源装置の出力電圧は低下することになる。従って、この実施形態の電源装置では、出力電圧の実効値が閾値以下に低下したときは、過電流状態であるものとみなし、駆動回路７がインバータ部１を駆動する動作を停止させる。したがって、上記閾値を適切に設定すれば、この構成によっても過負荷に対処できる。
【００５８】
ところが、起動時等に一時的に大きな電流を必要とした後はさほど大きな電流を必要としない負荷（図４参照）に電力を供給する場合は、その通常動作時に必要となる電流を想定して閾値を設定すると、起動時にインバータ部１が繰り返し停止されることになり、負荷起動性が悪くなる。一方、負荷の起動時に必要となる大きな電流を想定して閾値を設定すると、通常動作時に比較的大きな電流が流れ続ける事態を防ぐことができず、スイッチング素子における損失が大きくなるおそれがある。
【００５９】
そこで、この実施形態の電源装置では、２以上の閾値を用意し、大きな電流に相当する閾値ほど不感時間を短くすることにより上述の問題を解決している。なお、「不感時間」とは、出力電圧の実効値が閾値を下回っている状態を無視あるいは許容する期間をいう。
【００６０】
図９において、整流回路２１は、インバータ部１の出力電圧を整流する。減衰回路２２は、整流回路２１の出力を減衰させる。実効値変換回路２３は、この電源装置から出力される交流の１周期の半分の時間毎に（すなわち、正弦波の半波毎に）、減衰回路２２の出力を実効値に変換する。そして、マイコン２は、出力電圧の実効値に基づいて駆動回路７の動作を停止すべきか否かを判断する。ここで、実効値変換回路２３の機能は、マイコン２により実現されるようにしてもよい。
【００６１】
なお、出力電圧実効値を正弦波の半波で算出するようにすれば、当該電源装置の異常（例えば、正弦波の半波しか出力されないような障害）を検出することができる。
図１０は、図９に示す電源装置の動作を説明する図である。ここでは、出力電圧の実効値をモニタするための閾値として、第１の閾値およびその第１の閾値よりも低い第２の閾値が設定されているものとする。
【００６２】
まず、時刻Ｔ１において、負荷電流の増加により出力電圧の実効値が第１の閾値よりも小さくなると、マイコン２は計時を開始する。ただし、出力電圧の実効値は、時刻Ｔ１から時間Ｅ１が経過する前に第１の閾値よりも高いレベルに戻っている。したがって、この場合、マイコン２は、駆動回路７を停止しない。すなわち、時間Ｅ１は、出力電圧の実効値が閾値を下回ったことを無視または許容する不感時間として働く。
【００６３】
続いて、時刻Ｔ２において、出力電圧の実効値が第１の閾値よりも小さくなると、マイコン２は再び計時を開始する。ところが、出力電圧の実効値は、時刻Ｔ２から時間Ｅ１が経過してもなお第１の閾値よりも低いレベルのままである。したがって、この場合、マイコン２は、駆動回路７を停止する。
【００６４】
さらに、時刻Ｔ３において、出力電圧の実効値が第２の閾値よりも小さくなると、この場合もマイコン２は計時を開始する。このとき、出力電圧の実効値が第２の閾値を下回った場合は、不感時間として上記時間Ｅ１よりも短い時間Ｅ２が設定されている。そして、時刻Ｔ３から時間Ｅ２が経過してもなお第２の閾値よりも低いレベルのままであると、マイコン２は、駆動回路７を停止する。
【００６５】
なお、この実施例において、時間Ｅ１は、例えば数１００ｍ秒〜数秒程度であり、当該電源装置を用いて負荷を起動するために必要な時間等を考慮して設定される。また、時間Ｅ２は、例えば数１０ｍ秒以下であり、スイッチング素子の定格等を考慮して設定される。したがって、負荷の起動時などに大きな電流が必要となる場合であっても、時間Ｅ１を越えない範囲であれば、比較的大きな電流を供給することができるので、短い時間で負荷を立ち上げることができる。一方、負荷が短絡に近い状態になると、出力電圧の実効値が第２の閾値を下回るので、この場合、時間Ｅ２が経過した時点で即座にインバータ部１が停止され、スイッチング素子が確実に保護される。
【００６６】
図１１は、出力電圧に基づいてインバータを停止する処理のフローチャートである。なお、この処理は、出力電圧の実効値が算出される毎にマイコン２により実行される。ここで、出力電圧の実効値は、例えば、当該電源装置から出力される交流の半波ごとに算出されるものとする。
【００６７】
ステップＳ２１では、出力電圧の実効値と第１の閾値ＴＨ１とを比較する。このとき、出力電圧の実効値が第１の閾値ＴＨ１よりも低ければ、ステップＳ２２において、タイマ１がＯＮ状態となっているかを調べる。ここで、タイマ１は、出力電圧の実効値が継続的に第１の閾値ＴＨ１を下回っていることを検出するためのタイマである。そして、タイマ１が停止していた場合は、ステップＳ２３でそれを起動する。
【００６８】
ステップＳ２４では、タイマ１をインクリメントする。続いて、ステップＳ２５において、タイマ１による計時が時間Ｅ１を越えているか否かを調べる。そして、タイマ１による計時が時間Ｅ１を越えていた場合には、ステップＳ３１において、インバータ部１を停止するための指示を駆動回路７に送る。
【００６９】
ステップＳ２６〜Ｓ３０の処理は、基本的に、上記ステップＳ２１〜Ｓ２５と同じである。すなわち、出力電圧の実効値が第２の閾値ＴＨ２よりも低ければ、タイマ２がインクリメントされる。ここで、タイマ２は、出力電圧の実効値が継続的に第２の閾値ＴＨ２を下回っていることを検出するためのタイマである。そして、タイマ２による計時が時間Ｅ２を越えていた場合には、ステップＳ３１において、インバータ部１を停止するための指示を駆動回路７に送る。
【００７０】
なお、出力電圧の実効値が第１の閾値ＴＨ１よりも高いときは、ステップＳ３２においてタイマ１およびタイマ２がリセットされる。また、出力電圧の実効値が第１の閾値ＴＨ１よりも低いが第２の閾値ＴＨ２よりも高い場合には、ステップＳ３３においてタイマ２のみがリセットされる。
【００７１】
以上詳述したように、本発明の実施形態の電源装置においては、負荷（特に、一時的に大きな電流を必要とする負荷）の起動性の向上、および継続的に過負荷状態となった場合に当該電源装置を保護する機能の確保、の両立が高次元で図れる。
【００７２】
なお、上述の実施例では、インバータ装置を前提として説明をしたが、本発明はこれに限定されるものではなく、例えば、直流電力を生成する電源装置にも適用可能である。
【００７３】
【発明の効果】
本発明によれば、負荷起動性が高く、かつ、継続的な過負荷に対してスイッチング素子における損失を抑えた電源装置が提供される。
【図面の簡単な説明】
【図１】本発明の実施形態の電源装置の構成図である。
【図２】インバータ回路の一例を示す図である。
【図３】図１に示す電源装置の動作を説明する図である。
【図４】負荷が要求する電流の例である。
【図５】解除信号を生成する処理を示すフローチャートである。
【図６】過電流の発生頻度に応じて基準正弦波を調整する動作を説明する図である。
【図７】基準正弦波を調整する処理を示すフローチャートである。
【図８】復帰時間を設定する機能を実現するハードウェア回路の例である。
【図９】本発明の他の実施形態の電源装置の構成図である。
【図１０】図９に示す電源装置の動作を説明する図である。
【図１１】出力電圧に基づいてインバータを停止する処理のフローチャートである。
【符号の説明】
１インバータ部（電力変換回路）
２マイコン（制御手段）
６フィードバック回路
７駆動回路
１１過電流検出回路（過電流検出手段）
１５ラッチ回路[0001]
TECHNICAL FIELD OF THE INVENTION
The present invention relates to a power supply device having an overcurrent protection function.
[0002]
[Prior art]
Conventionally, a power supply device having an overcurrent protection function has been known. Here, the overcurrent protection function is a function of protecting the power supply itself and / or the load by limiting the output of the power supply or stopping the operation of the power supply when an overcurrent is detected. Say. (For example, refer to Patent Document 1.)
In the power supply device described in Patent Document 1, when an overcurrent occurs, the switching element is forcibly controlled to the off state. As a result, the output voltage gradually decreases. Then, after a certain time has elapsed, the switching operation of the switching element is restarted. This prevents an overcurrent from continuing to flow through the switching element, thereby preventing heat generation and element destruction.
[0003]
Further, in a power supply device which performs feedback control for causing an output voltage to follow a reference signal, a method of correcting the reference signal while monitoring an output current or an output voltage is conventionally known. According to this method, when the output current increases, the reference signal is corrected by feedback control, and the output is controlled so as to follow the corrected reference signal, so that the current flowing through the switching element or the like is limited. .
(For example, see Patent Document 2.)
On the other hand, a method is also known in which the occurrence of overcurrent is estimated by monitoring the output voltage, and the operation of the power supply device is controlled based on the estimation result. (For example, see Patent Document 3)
In the stabilized power supply described in Patent Literature 3, when the output voltage becomes lower than the second limit voltage, it is considered that an overcurrent has occurred, and an operation of temporarily stopping and restarting the control is performed. If the output voltage is lower than the first limit voltage which is lower than the second limit voltage, it is considered that a larger overcurrent has occurred, and the control is completely stopped.
[0004]
In order to estimate the output current by monitoring the output voltage of the AC output power supply, for example, the output voltage is full-wave rectified and then averaged using a low-pass filter, and the averaged voltage value is used as a reference. It was compared with the voltage value. (For example, see Patent Document 4.)
[0005]
[Patent Document 1]
Japanese Patent No. 2878029 (FIG. 4, paragraphs 0006 to 0008, etc.)
[0006]
[Patent Document 2]
Japanese Patent No. 3040767 (abstract, etc.)
[0007]
[Patent Document 3]
JP-A-8-234852 (FIGS. 1 and 2, paragraphs 0020 to 0024, etc.)
[0008]
[Patent Document 4]
Japanese Patent No. 2737311 (FIG. 1, third page, etc.)
[0009]
[Problems to be solved by the invention]
By the way, some loads that receive power supply from the power supply device require large power temporarily (particularly at the time of startup). However, the conventional power supply device cannot drive such a load efficiently while operating the overcurrent protection function.
[0010]
For example, in the power supply devices described in Patent Literatures 1 and 3, when an attempt is made to drive a load that requires a large amount of power at the time of startup, “occurrence of overcurrent” → “stop operation” → “restart” → “occurrence of overcurrent” ", And it took a long time to enter the normal operation state, and in some cases, the load could not be started. That is, the load startability was poor. The problem of load startability can be solved by shortening the period from when the operation is stopped due to the occurrence of an overcurrent to when the operation is restarted, but in this case, a large current flows to the switching element after all. It will flow and cause an increase in loss and an increase in heat generation.
[0011]
Further, in the method described in Patent Document 2, since the reference signal is gradually corrected in accordance with the detection of the overcurrent, the control is not performed in time, and there is a concern that the switching element generates heat or is damaged by the overcurrent.
Furthermore, in the power supply device described in Patent Literature 4, if the time constant of the low-pass filter is increased, the load starting performance is increased, but the switching element may not be able to be protected in the event of an overcurrent. On the other hand, the load startability is reduced while increasing.
[0012]
As described above, in the conventional power supply device, both the reliable overcurrent protection function and the good load startability cannot be realized at a high level.
SUMMARY OF THE INVENTION It is an object of the present invention to provide a power supply device that provides a reliable overcurrent protection function and provides good load startability.
[0013]
[Means for Solving the Problems]
The power supply device of the present invention generates a power conversion circuit, control means for generating a reference signal for output of the power conversion circuit, and a control signal for causing the output of the power conversion circuit to follow the reference signal. A feedback circuit, overcurrent detection means for detecting occurrence of overcurrent, a latch circuit set to a first state when an overcurrent is detected, and set to a second state when a release signal is received; A driving circuit that drives the power conversion circuit based on the control signal during a period when the circuit is set in the second state. The control means generates the release signal after a lapse of a predetermined time from when the overcurrent is detected, and adjusts the reference signal in accordance with the frequency at which the overcurrent is detected.
[0014]
In this power supply device, when an overcurrent is detected, the latch circuit is set to the first state and the power conversion circuit stops. Therefore, the power supply device is protected even if a large current that short-circuits the load occurs. Further, the reference signal is adjusted according to the frequency at which the overcurrent is detected. Here, the output voltage follows this reference signal. Therefore, when an overcurrent is detected, the output voltage can be reduced, and the loss can be suppressed.
[0015]
In the power supply device, the control unit may decrease the reference signal in a stepwise manner during a period in which the overcurrent state is continued until the reference signal reaches a predetermined lower limit. Alternatively, the control unit may gradually increase the reference signal until a predetermined upper limit is reached during a period in which no overcurrent is detected. With such control, it is possible to avoid a rapid change in the output voltage.
[0016]
A power supply device according to another aspect of the present invention includes a power conversion circuit, control means for generating a reference signal for output of the power conversion circuit, and control for causing an output of the power conversion circuit to follow the reference signal. A feedback circuit for generating a signal; an overcurrent detection means for detecting the occurrence of an overcurrent; a latch circuit for setting the first state when an overcurrent is detected and setting the second state when a release signal is received And a drive circuit that drives the power conversion circuit based on the control signal during a period when the latch circuit is set to the second state. Then, at the time of starting the load, the control means generates the release signal when a first period elapses from when the overcurrent is detected, and thereafter, when the overcurrent is detected, the first signal is generated when the overcurrent is detected. The release signal is generated when a second period longer than the period elapses.
[0017]
In this power supply device, when the load is started, the period during which the power conversion circuit is forcibly stopped is shortened even in an overcurrent state, and a large current can be supplied to the load. That is, the load startability is improved. On the other hand, after the load shifts to the normal operation, the period during which the power conversion circuit is forcibly stopped when an overcurrent is detected becomes longer, so that the upper limit of the average current is suppressed. Therefore, even when the current required by the load is continuously increased, the loss is suppressed.
[0018]
A power supply device according to still another aspect of the present invention includes a power conversion circuit, a control unit that generates a reference signal for output of the power conversion circuit, and a control unit that causes an output of the power conversion circuit to follow the reference signal. A feedback circuit that generates a control signal; and a drive circuit that drives the power conversion circuit based on the control signal. Then, the control means sets the second reference value, which is lower than the first reference value, to the second reference value when the output voltage continuously drops below the first reference value for the first period or the second reference value. When continuously falling below the second period shorter than the period 1, the driving circuit is forcibly stopped.
[0019]
In this power supply device, even when a relatively large current is requested from the load, if the current is shorter than the first period, the power is supplied without stopping the power conversion circuit. Therefore, the load startability is high. On the other hand, when a larger current is requested, the power conversion circuit is stopped if the current is continued for the second period, even if it is shorter than the first period. Therefore, the power supply device is protected even when the load becomes almost short-circuited.
[0020]
In the power supply device, the power conversion circuit generates a sine-wave AC power having a predetermined frequency, and the control unit calculates and calculates an effective voltage value by monitoring a voltage for a half cycle of the AC power. By comparing the effective voltage value with the first and second reference values, it may be determined whether to forcibly stop the driving circuit. According to this configuration, by using the effective value of the AC voltage, the accuracy of protection against overload is increased, and the control delay is reduced.
[0021]
BEST MODE FOR CARRYING OUT THE INVENTION
Hereinafter, embodiments of the present invention will be described with reference to the drawings.
FIG. 1 is a configuration diagram of a power supply device according to an embodiment of the present invention. Here, an inverter device that converts DC power into AC power and outputs the converted power will be described as an example of the power supply device.
[0022]
The inverter unit (power conversion circuit) 1 converts DC power into AC power according to the drive signal from the drive circuit 7 and outputs the AC power. Here, the frequency of the AC power generated according to the drive signal is, for example, 50 Hz or 60 Hz. The inverter unit 1 has, for example, a circuit configuration shown in FIG. Then, an appropriate drive signal is given to the switching elements M1 to M4 to generate AC power.
[0023]
The microcomputer (control means) 2 generates a reference sine wave (reference signal) indicating an AC voltage to be generated by the inverter unit 1. The frequency of the reference sine wave is, for example, 50 Hz or 60 Hz. The amplitude of the reference sine wave is basically fixedly determined in advance, but is adjusted as necessary when an overcurrent occurs. Further, the microcomputer 2 generates a release signal described later and sends it to the latch circuit 15. The operation of the microcomputer 2 will be described later in detail.
[0024]
The differential amplifier circuit 4 amplifies a difference between a reference signal generated by the microcomputer 2 and an output voltage of the inverter unit 1 provided through the attenuation circuit 3. The PWM control circuit 5 generates a PWM signal (control signal) that makes the output of the differential amplifier circuit 4 zero. The PWM signal is a pulse signal of a predetermined frequency (for example, several kilohertz to several tens of kilohertz), and its pulse width or duty is determined based on the output of the differential amplifier circuit 4.
[0025]
The drive circuit 7 drives the inverter unit 1 according to the PWM signal generated by the PWM control circuit 5. That is, the attenuation circuit 3, the differential amplifier circuit 4, and the PWM control circuit 5 constitute a feedback circuit 6.
As described above, the inverter device operates so that the output voltage follows the reference sine wave generated by the microcomputer 2 by the feedback control. That is, the microcomputer 2 may reduce the amplitude of the reference sine wave when decreasing the output, and increase the amplitude of the reference sine wave when increasing the output.
[0026]
The power supply device according to the embodiment has an overcurrent protection function. Here, the overcurrent protection is a concept including an operation of protecting the power supply device itself and / or a load by stopping or limiting the output of the power supply device when an overcurrent is detected.
The overcurrent detection circuit (overcurrent detection means) 11 includes a current detection unit 12, an amplification circuit 13, and a determination circuit 14, and when an overcurrent is detected, notifies the latch circuit 15 of the occurrence. Here, the current detector 12 detects the output current of the inverter 1. The amplification circuit 13 amplifies the output to the current detection unit 12. The determination circuit 14 outputs a signal indicating that an overcurrent has occurred when the output of the amplifier circuit 13 exceeds a preset threshold voltage.
[0027]
The latch circuit 15 is set to the “normal state (second state)” when the power supply device is operating normally. Then, when a notification that an overcurrent has occurred is received from the overcurrent detection circuit 11, the latch circuit 15 is set to the "overcurrent state (first state)". At this time, when the state of the latch circuit 15 is updated from the “normal state” to the “overcurrent state”, a notification that an overcurrent has occurred (hereinafter, an overcurrent notification) is sent from the latch circuit 15 to the microcomputer 2. . Note that the latch circuit 15 can be realized by, for example, a flip-flop circuit. In this case, the “normal state / overcurrent state” can be represented by 1-bit information.
[0028]
When receiving the overcurrent notification, the microcomputer 2 sends a release signal to the latch circuit 15 after a lapse of a predetermined time. Then, when receiving the release signal, the latch circuit 15 is updated from the “overcurrent state” to the “normal state”.
The drive circuit 7 drives the inverter unit 1 according to the PWM signal generated by the feedback circuit 6 while the latch circuit 15 is set in the “normal state”. On the other hand, while the latch circuit 15 is set in the “overcurrent state”, the operation of driving the inverter unit 1 is stopped.
[0029]
FIG. 3 is a diagram illustrating the operation of the power supply device shown in FIG. Here, it is assumed that the latch circuit 15 is set to the “normal state” before the time T1. Further, the microcomputer 2 is provided with a counter for counting the number of occurrences of the overcurrent notification.
[0030]
When an overcurrent is detected at time T1, the latch circuit 15 is updated from the “normal state” to the “overcurrent state”, and an overcurrent notification is generated. At this time, the counter is incremented from "0" to "1". When the latch circuit 15 is set to the “overcurrent state”, the drive circuit 7 stops driving the inverter unit 1, so that the output current once flows in the reverse direction and then gradually converges to zero. .
[0031]
The microcomputer 2 generates a release signal at time T2 when the time D has elapsed from the time when the overcurrent notification was received. Thus, when the latch circuit 15 is updated from the “overcurrent state” to the “normal state”, the drive circuit 7 drives the inverter unit 1 according to the PWM signal. Therefore, the output current increases.
[0032]
Subsequently, when an overcurrent is detected again at time T3, the same operation is repeated. However, this time, the counter is incremented from “1” to “2”. Thereafter, each time the occurrence of overcurrent is detected, the counter is incremented.
[0033]
As described above, in the power supply device according to the embodiment, when an overcurrent occurs, the inverter unit 1 is stopped immediately, and then the inverter unit 1 is restored when a predetermined time D has elapsed. That is, when an overcurrent occurs, the inverter unit 1 is stopped for the time D1, and the current decreases. Therefore, the switching element and the load of the inverter unit 1 are protected from overcurrent.
[0034]
By the way, some loads require a large current only at the time of startup, as shown in FIG. Examples of this type of load include a capacitive load such as a television and a heating element such as a halogen heater having a low-temperature impedance lower than that at a high temperature.
[0035]
In order to start up this type of load in a short period of time, the power supply device of the embodiment has a structure in which, when the load is started, the inverter unit is turned on due to the occurrence of overcurrent as compared with a period in which the load is operating normally. The time D for forcibly stopping the operation of No. 1 (time D from when the overcurrent notification is generated to when the release signal is output: see FIG. 3; hereinafter, referred to as “recovery time”) is set short. Accordingly, when the load is started, the period during which the inverter unit 1 is forcibly stopped is shortened, so that more current can be supplied to the load. That is, the load startability is improved.
[0036]
FIG. 5 is a flowchart illustrating a process of generating a release signal. This process is executed by the microcomputer 2. This process is executed every time an overcurrent is detected by the overcurrent detection circuit 11 and an overcurrent notification is generated by the latch circuit 15.
[0037]
In step S1, an overcurrent notification is detected. At this point, the latch circuit 15 is set to the “overcurrent state”, and the drive circuit 7 stops the operation of the inverter unit 1. In step S2, a counter for counting the number of overcurrent notifications is incremented.
[0038]
In step S3, the return time D is determined based on the count value of the counter. In this case, for example, if the count value is equal to or less than a predetermined value, it is assumed that the load is in the starting stage or that the load has not yet been supplied with sufficient electric charge. The time corresponding to one cycle of the carrier frequency of the drive signal for driving the drive signal 1 is set. On the other hand, if the count value exceeds the predetermined value, it is considered that the load has already shifted to the normal operation, or it is considered that sufficient charge has already been supplied to the load. Is set to a time corresponding to two cycles of the carrier frequency of the drive signal for driving the. Here, assuming that the carrier frequency is, for example, 10 kHz, the return time D is set to “0.1 ms” if the count value is equal to or less than a predetermined value, and “0. 2 ms ”is set.
[0039]
In steps S4 and S5, a timer is set. Note that the set timer value is the return time D determined in step S3. When the timer expires, a release signal is output to the latch circuit 15 in step S6. The latch circuit 15 is updated from the “overcurrent state” to the “normal state” by the release signal, and the drive circuit 7 resumes the operation of driving the inverter unit 1.
[0040]
As described above, according to the power supply device of the embodiment, the return time at the time of starting the load is shorter than the return time at the time of normal operation. For this reason, the average current at the time of starting the load can be increased, and the load starting performance is improved. When the current is increased, the amount of heat generated in the switching element of the inverter unit 1 increases. However, the period during which such a large current is allowed is only when the load is started, and is a relatively short period. Therefore, the loss (ie, temperature rise) in the switching element is not so large. On the other hand, even if the overcurrent state continues for some reason during normal operation, an average current to be supplied to the load can be suppressed to a predetermined value or less because a long recovery time is set at that stage. Therefore, also in this case, the loss in the switching element is not so large.
[0041]
In the above example, two types of “return time” are used, but the present invention is not limited to this. That is, three or more types of “return time” may be prepared, and the “return time” may be gradually shortened from the start of the load.
[0042]
Further, in the above-described example, the “return time” is switched depending on whether the number of overcurrent notifications exceeds a predetermined value, but the present invention is not limited to this. That is, for example, the “return time” may be switched when the elapsed time from the start of the load exceeds a predetermined time.
[0043]
The power supply device of the embodiment has a function of adjusting the reference sine wave according to the frequency of occurrence of the overcurrent, in addition to the function of switching the “recovery time” as described above. That is, when the microcomputer 2 receives the overcurrent notification at a frequency equal to or higher than the predetermined value, the microcomputer 2 reduces the output voltage by reducing the amplitude of the reference sine wave. When the overcurrent state continues, the output voltage is gradually decreased by repeating this operation. Thereby, the loss in the switching element can be suppressed. When the microcomputer 2 does not receive the overcurrent notification for a certain period, the microcomputer 2 increases the output voltage by increasing the amplitude of the reference sine wave. When the state in which no overcurrent occurs continues, this operation is repeated, and the output voltage gradually increases to the original level.
[0044]
The period during which the frequency of occurrence of overcurrent is monitored is, for example, a time corresponding to one cycle of the AC power generated by the power supply device. That is, assuming that the generated alternating current is 50 Hz, one monitor time is 20 ms. Further, for example, when the number of overcurrent notifications received within each monitor time exceeds “10 times”, the microcomputer 2 reduces the amplitude of the reference sine wave by one step, and the number of times becomes “0”. If, the amplitude of the reference sine wave is increased by one step, and if the number of times is "1 to 9", the amplitude of the reference sine wave is maintained as it is. Here, it is assumed that the amplitude of the reference sine wave has an upper limit value and a lower limit value, respectively.
[0045]
FIG. 6 is a diagram illustrating an operation of adjusting the reference sine wave according to the frequency of occurrence of overcurrent. In the example shown in FIG. 6A, the number of occurrences of the overcurrent state in the first and second monitoring times exceeds the threshold value (here, 10 times). For this reason, the amplitude of the reference sine wave gradually decreases. Thereafter, when the number of occurrences of the overcurrent state in each of the third and subsequent monitor times becomes smaller than the threshold value, the amplitude of the reference sine wave is maintained as it is.
[0046]
On the other hand, in the example shown in FIG. 6B, no overcurrent is detected at each monitoring time. In this case, the amplitude of the reference sine wave gradually increases. When the amplitude of the reference sine wave reaches a predetermined upper limit, the level is maintained thereafter.
[0047]
As described above, the amplitude of the reference sine wave decreases as the frequency of occurrence of the overcurrent increases, and increases when no overcurrent is detected. Here, the output voltage of the power supply device follows this reference sine wave by feedback control. Therefore, the output voltage of the power supply device is controlled to decrease as the frequency of occurrence of overcurrent increases, and to increase in a state where overcurrent is not detected. That is, when the overload state continues, the power to be supplied to the load can be reduced by lowering the output voltage, and as a result, the loss in the switching element can be reduced.
[0048]
FIG. 7 is a flowchart illustrating a process of adjusting the reference sine wave. This process is executed by the microcomputer 2 at each monitoring time.
In step S11, the number of times of the overcurrent notification notified within the monitoring time is detected. In step S12, the number of times detected is compared with a preset threshold (here, 10 times).
[0049]
If the number of overcurrent notifications is 10 or more, it is checked in step S13 whether the current amplitude of the reference sine wave is at the lower limit level. At this time, if the current amplitude of the reference sine wave is not at the lower limit level, in step S14, the amplitude of the reference sine wave is reduced by “one step”. Then, in step S15, the reference value map representing the reference sine wave is updated based on the changed amplitude.
[0050]
On the other hand, if the number of overcurrent notifications is zero, it is checked in step S16 whether the current amplitude of the reference sine wave is at the upper limit level. At this time, if the current amplitude of the reference sine wave is not at the upper limit level, in step S17, the amplitude of the reference sine wave is increased by "one step", and then the process of step S15 is executed.
[0051]
In step S18, a reference sine wave represented by the reference value map updated in step S15 is output. When the number of overcurrent notifications is 1 to 9 and when the amplitude of the current reference sine wave is at the upper limit value level or the lower limit value level, the same reference sine wave as the previous time is output.
[0052]
As described above, in the power supply device of the embodiment, the load start-up performance is improved by shortening the return time at the time of starting the load, and the output voltage is adjusted in accordance with the frequency of occurrence of the overcurrent, thereby improving the steady state. It is intended to reduce the loss when an overload is connected.
[0053]
In the example described above, the processing of the flowcharts shown in FIGS. 5 and 7 is realized by executing a previously described program using the microcomputer 2, but the present invention is not limited to this. May be realized by a hardware circuit.
[0054]
In the configuration shown in FIG. 8A, a latch signal output from the latch circuit 15 (corresponding to an overcurrent notification in the above example) is supplied to the counter IC and the monostable multivibrator. Here, the counter IC is connected to an R-2R ladder resistor and counts a latch signal. Further, the count value of the counter IC is converted into a voltage. Then, the timer IC measures a return time determined based on the voltage output from the counter IC. Then, when the return time elapses, the latch circuit 15 is released. If the latch signal has not been output for a certain period of time, the counter IC is reset by the monostable multivibrator.
[0055]
In the configuration shown in FIG. 8B, a latch signal is supplied to an RC circuit, and an output of the RC circuit is supplied to a timer IC. Here, the output voltage of the RC circuit is determined according to the output frequency of the latch signal. Therefore, the return time measured by the timer IC is determined according to the frequency of occurrence of the latch signal.
[0056]
FIG. 9 is a configuration diagram of a power supply device according to another embodiment of the present invention. Note that the inverter unit 1, the feedback circuit 6, the drive circuit 7, the overcurrent detection circuit 11, and the latch circuit 15 are as described with reference to FIGS. However, the microcomputer 2 has a function of forcibly stopping the drive circuit 7 according to the output voltage.
[0057]
This power supply device monitors the effective value of the output voltage. Here, assuming that the upper limit of the average value of the output current is determined, when the load requests a larger current, the output voltage of the power supply device decreases. Therefore, in the power supply device of this embodiment, when the effective value of the output voltage drops below the threshold value, it is considered that an overcurrent state has occurred, and the driving circuit 7 stops the operation of driving the inverter unit 1. Therefore, by appropriately setting the above-mentioned threshold value, this configuration can cope with overload.
[0058]
However, after supplying a large current temporarily at the time of starting or the like, when supplying power to a load that does not require a large current (see FIG. 4), the current required during the normal operation is assumed. When the threshold value is set, the inverter unit 1 is repeatedly stopped at the time of starting, and the load startability is deteriorated. On the other hand, if the threshold is set assuming a large current required at the time of starting the load, a situation in which a relatively large current continues to flow during normal operation cannot be prevented, and the loss in the switching element may increase.
[0059]
Therefore, the power supply device of this embodiment solves the above-described problem by preparing two or more threshold values, and shortening the dead time for a threshold value corresponding to a larger current. The “dead time” refers to a period in which a state where the effective value of the output voltage is lower than the threshold is ignored or allowed.
[0060]
In FIG. 9, the rectifier circuit 21 rectifies the output voltage of the inverter unit 1. The attenuation circuit 22 attenuates the output of the rectification circuit 21. The effective value conversion circuit 23 converts the output of the attenuation circuit 22 into an effective value every half of one cycle of the alternating current output from the power supply device (that is, for each half wave of the sine wave). Then, the microcomputer 2 determines whether to stop the operation of the drive circuit 7 based on the effective value of the output voltage. Here, the function of the effective value conversion circuit 23 may be realized by the microcomputer 2.
[0061]
If the effective value of the output voltage is calculated using a half-wave of a sine wave, an abnormality of the power supply device (for example, a failure in which only a half-wave of a sine wave is output) can be detected.
FIG. 10 is a diagram illustrating the operation of the power supply device shown in FIG. Here, it is assumed that a first threshold and a second threshold lower than the first threshold are set as the threshold for monitoring the effective value of the output voltage.
[0062]
First, at time T1, when the effective value of the output voltage becomes smaller than the first threshold value due to an increase in the load current, the microcomputer 2 starts counting time. However, the effective value of the output voltage has returned to a level higher than the first threshold value before the time E1 has elapsed from the time T1. Therefore, in this case, the microcomputer 2 does not stop the drive circuit 7. That is, the time E1 functions as a dead time in which the effective value of the output voltage falls below the threshold or is ignored.
[0063]
Subsequently, at time T2, when the effective value of the output voltage becomes smaller than the first threshold value, the microcomputer 2 starts measuring time again. However, the effective value of the output voltage remains at a level lower than the first threshold even after the time E1 has elapsed from the time T2. Therefore, in this case, the microcomputer 2 stops the drive circuit 7.
[0064]
Further, at time T3, when the effective value of the output voltage becomes smaller than the second threshold, the microcomputer 2 also starts time measurement in this case. At this time, when the effective value of the output voltage falls below the second threshold, a time E2 shorter than the time E1 is set as the dead time. If the level remains lower than the second threshold even after the time E2 has elapsed from the time T3, the microcomputer 2 stops the drive circuit 7.
[0065]
Note that, in this embodiment, the time E1 is, for example, about several hundred milliseconds to several seconds, and is set in consideration of the time required for starting up the load using the power supply device. The time E2 is, for example, several tens of milliseconds or less, and is set in consideration of the rating of the switching element and the like. Therefore, even when a large current is required at the time of starting the load, a relatively large current can be supplied as long as the current does not exceed the time E1. Can be. On the other hand, when the load becomes almost short-circuited, the effective value of the output voltage falls below the second threshold value. In this case, the inverter unit 1 is stopped immediately after the time E2 has elapsed, and the switching element is reliably protected. Is done.
[0066]
FIG. 11 is a flowchart of a process for stopping the inverter based on the output voltage. This process is executed by the microcomputer 2 every time the effective value of the output voltage is calculated. Here, the effective value of the output voltage is calculated, for example, for each half-wave of the AC output from the power supply device.
[0067]
In step S21, the effective value of the output voltage is compared with the first threshold value TH1. At this time, if the effective value of the output voltage is lower than the first threshold value TH1, it is checked in step S22 whether the timer 1 is in the ON state. Here, the timer 1 is a timer for detecting that the effective value of the output voltage is continuously lower than the first threshold value TH1. If the timer 1 has stopped, it is started in step S23.
[0068]
In step S24, the timer 1 is incremented. Subsequently, in step S25, it is determined whether or not the time measured by the timer 1 has exceeded the time E1. If the time measured by the timer 1 has exceeded the time E1, an instruction to stop the inverter unit 1 is sent to the drive circuit 7 in step S31.
[0069]
The processing of steps S26 to S30 is basically the same as the above steps S21 to S25. That is, if the effective value of the output voltage is lower than the second threshold value TH2, the timer 2 is incremented. Here, the timer 2 is a timer for detecting that the effective value of the output voltage is continuously lower than the second threshold value TH2. If the time measured by the timer 2 has exceeded the time E2, an instruction to stop the inverter unit 1 is sent to the drive circuit 7 in step S31.
[0070]
When the effective value of the output voltage is higher than the first threshold value TH1, the timer 1 and the timer 2 are reset in step S32. If the effective value of the output voltage is lower than the first threshold TH1 but higher than the second threshold TH2, only the timer 2 is reset in step S33.
[0071]
As described in detail above, in the power supply device according to the embodiment of the present invention, the startability of a load (in particular, a load requiring a large current temporarily) is improved, and the power supply device is continuously overloaded. In addition, the function of protecting the power supply device can be ensured at a high level.
[0072]
In the above-described embodiment, the description has been made on the assumption that the inverter device is used. However, the present invention is not limited to this, and can be applied to, for example, a power supply device that generates DC power.
[0073]
【The invention's effect】
According to the present invention, there is provided a power supply device which has high load startability and suppresses a loss in a switching element against continuous overload.
[Brief description of the drawings]
FIG. 1 is a configuration diagram of a power supply device according to an embodiment of the present invention.
FIG. 2 is a diagram illustrating an example of an inverter circuit.
FIG. 3 is a diagram illustrating the operation of the power supply device shown in FIG.
FIG. 4 is an example of a current required by a load.
FIG. 5 is a flowchart illustrating a process of generating a release signal.
FIG. 6 is a diagram illustrating an operation of adjusting a reference sine wave according to the frequency of occurrence of an overcurrent.
FIG. 7 is a flowchart illustrating a process of adjusting a reference sine wave.
FIG. 8 is an example of a hardware circuit that realizes a function of setting a return time.
FIG. 9 is a configuration diagram of a power supply device according to another embodiment of the present invention.
FIG. 10 is a diagram illustrating the operation of the power supply device shown in FIG.
FIG. 11 is a flowchart of a process for stopping an inverter based on an output voltage.
[Explanation of symbols]
1 Inverter section (power conversion circuit)
2 Microcomputer (control means)
6. Feedback circuit
7 Drive circuit
11 Overcurrent detection circuit (overcurrent detection means)
15 Latch circuit

Claims

A power conversion circuit,
Control means for generating a reference signal for output of the power conversion circuit;
A feedback circuit that generates a control signal for causing the output of the power conversion circuit to follow the reference signal,
Overcurrent detection means for detecting occurrence of overcurrent,
A latch circuit that is set to a first state when an overcurrent is detected, and set to a second state when a release signal is received;
A drive circuit that drives the power conversion circuit based on the control signal during a period in which the latch circuit is set to the second state;
The control means generates the release signal after a lapse of a predetermined time from when the overcurrent is detected, and adjusts the reference signal according to a frequency at which the overcurrent is detected.
A power supply device characterized by the above-mentioned.

The power supply device according to claim 1,
The control means, during a period during which the overcurrent state continues, gradually reduces the reference signal until reaching a predetermined lower limit,
A power supply device characterized by the above-mentioned.

The power supply device according to claim 1,
The control means, during a period during which no overcurrent is detected, gradually increases the reference signal until a predetermined upper limit is reached,
A power supply device characterized by the above-mentioned.

A power conversion circuit,
Control means for generating a reference signal for output of the power conversion circuit;
A feedback circuit that generates a control signal for causing the output of the power conversion circuit to follow the reference signal,
Overcurrent detection means for detecting occurrence of overcurrent,
A latch circuit that is set to a first state when an overcurrent is detected, and set to a second state when a release signal is received;
A drive circuit that drives the power conversion circuit based on the control signal during a period in which the latch circuit is set to the second state;
When the load is started, the control means generates the release signal when a first period elapses from the time when the overcurrent is detected, and thereafter, the control means generates the release signal when the overcurrent is detected. Generating the release signal when a second period longer than
A power supply device characterized by the above-mentioned.

A power conversion circuit,
Control means for generating a reference signal for output of the power conversion circuit;
A feedback circuit that generates a control signal for causing the output of the power conversion circuit to follow the reference signal,
A drive circuit that drives the power conversion circuit based on the control signal,
When the output voltage continuously falls below the first reference value for the first period, or when the output voltage falls below the first reference value, the control unit outputs the second reference value that is lower than the first reference value. The driving circuit is forcibly stopped when continuously falling below the second period shorter than the period,
A power supply device characterized by the above-mentioned.

The power supply device according to claim 5, wherein
The power conversion circuit generates a sine wave AC power of a predetermined frequency,
The control means calculates a voltage rms value by monitoring a voltage for a half cycle of the AC power, and compares the calculated voltage rms value with the first and second reference values to thereby control the drive. Determine whether to forcibly stop the circuit,
A power supply device characterized by the above-mentioned.