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JP2024055468A - Power Supplies - Google Patents

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JP2024055468A JP2022162418A JP2022162418A JP2024055468A JP 2024055468 A JP2024055468 A JP 2024055468A JP 2022162418 A JP2022162418 A JP 2022162418A JP 2022162418 A JP2022162418 A JP 2022162418A JP 2024055468 A JP2024055468 A JP 2024055468A
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Abstract

【課題】発熱や効率低下を抑えつつ突入電流を抑制する。【解決手段】DC-DCコンバータ3と、DC-DCコンバータ3からの入力直流電圧をスイッチングするスイッチ回路4と、DC-DCコンバータ3とスイッチ回路4との間に接続された突入電流抑制回路6と、を備える。突入電流抑制回路6は、高電位ライン61に介装されており、アノード側がDC-DCコンバータ3に接続されたダイオードD5と、ダイオードD5のカソード側で高電位ライン61に一端が接続された抵抗素子R1と、抵抗素子R1の他端に一端が接続され、低電位ライン62に他端が接続されたコンデンサC1と、抵抗素子R1を短絡させるトランジスタQと、を備える。トランジスタQは、ダイオードD5のカソード側の電圧V2からアノード側の電圧V1を減算した電圧差が所定値(≧0V)を超えた場合に抵抗素子R1を短絡させる。【選択図】図1[Problem] To suppress inrush current while suppressing heat generation and efficiency reduction. [Solution] The present invention includes a DC-DC converter 3, a switch circuit 4 for switching an input DC voltage from the DC-DC converter 3, and an inrush current suppression circuit 6 connected between the DC-DC converter 3 and the switch circuit 4. The inrush current suppression circuit 6 is provided with a diode D5 disposed in a high potential line 61, the anode side of which is connected to the DC-DC converter 3, a resistive element R1 having one end connected to the high potential line 61 on the cathode side of the diode D5, a capacitor C1 having one end connected to the other end of the resistive element R1 and the other end connected to a low potential line 62, and a transistor Q for short-circuiting the resistive element R1. The transistor Q shorts the resistive element R1 when a voltage difference obtained by subtracting the anode side voltage V1 from the cathode side voltage V2 of the diode D5 exceeds a predetermined value (≧0V). [Selected Figure] FIG.

Description

本発明は、誘導性負荷に直流電圧を供給する電源装置に関する。 The present invention relates to a power supply device that supplies a DC voltage to an inductive load.

特許文献1には、加速器等から射出される荷電粒子のビームを偏向走査するための電磁石(誘導性負荷)に直流電圧を供給する電源装置が開示されている。かかる電源装置は、整流器(直流源)からの直流電圧が入力され、電磁石に供給する直流電圧を出力するフルブリッジ回路(スイッチ回路)を備えている。フルブリッジ回路を制御することにより、電磁石に出力する電流量の調整および電流の極性の切り替えを行うことができる。 Patent Document 1 discloses a power supply device that supplies a DC voltage to an electromagnet (inductive load) for deflecting and scanning a beam of charged particles emitted from an accelerator or the like. Such a power supply device includes a full bridge circuit (switch circuit) that receives a DC voltage from a rectifier (DC source) and outputs a DC voltage to be supplied to the electromagnet. By controlling the full bridge circuit, it is possible to adjust the amount of current output to the electromagnet and switch the polarity of the current.

特開2020-137243号公報JP 2020-137243 A

特許文献1に開示されている電源装置のように、負荷が電磁石のような誘導性負荷である場合は、異常発生時に保護回路が作動することによりスイッチ回路の動作が停止したときに、負荷に蓄積されたエネルギーが誘導起電力として回生される。そして、スイッチ回路に回生電流が流れ込む。 When the load is an inductive load such as an electromagnet, as in the power supply device disclosed in Patent Document 1, when an abnormality occurs and the protection circuit is activated, causing the switch circuit to stop operating, the energy stored in the load is regenerated as an induced electromotive force. Then, a regenerative current flows into the switch circuit.

そこで、スイッチ回路に直流電圧を供給する直流源とスイッチ回路との間に、負荷の容量の応じた静電容量を有するコンデンサを設け、回生電流がコンデンサに流れ込むようにすることが考えられる。しかしながら、かかるコンデンサの静電容量を大きくすると、直流源起動時に、コンデンサへの充電電流が突入電流となるおそれがある。 One possible solution is to provide a capacitor with a capacitance corresponding to the load capacity between the switch circuit and the DC source that supplies DC voltage to the switch circuit, so that the regenerative current flows into the capacitor. However, if the capacitance of such a capacitor is increased, there is a risk that the charging current to the capacitor will become an inrush current when the DC source is started.

したがって、直流源起動時の突入電流を抑制するための抵抗素子を配置することが必要となる。かかる抵抗素子は、直流源とコンデンサとの間において直流源と直列に配置される。また、かかる抵抗素子と並列にスイッチ素子を配置することで、コンデンサへの充電か完了した後の通常運転時に抵抗素子での電力損失を避けることができる。すなわち、通常運転時にはスイッチ素子をONとして抵抗素子を短絡することで、抵抗素子での電力損失を避けることができる。しかしながら、かかるスイッチ素子は、通常運転を行っている間はON状態に維持しておく必要がある。よって、発熱によりスイッチ素子が高温となる。また、スイッチ素子での消費電力の増大により効率が低下する。 Therefore, it is necessary to place a resistive element to suppress the inrush current when the DC source is started. Such a resistive element is placed in series with the DC source between the DC source and the capacitor. In addition, by placing a switch element in parallel with such a resistive element, it is possible to avoid power loss in the resistive element during normal operation after charging of the capacitor is completed. In other words, by turning the switch element ON and shorting the resistive element during normal operation, it is possible to avoid power loss in the resistive element. However, such a switch element needs to be kept in the ON state during normal operation. Therefore, the switch element becomes hot due to heat generation. In addition, the efficiency decreases due to increased power consumption in the switch element.

本発明の目的は、異常発生時に保護回路が作動することによりスイッチ回路の動作が停止したときに発生する誘導性負荷からの回生電流を吸収する機能を保有し、かつ通常運転時の発熱や効率低下を抑えつつ突入電流を抑制することができる電源装置を提供することである。 The objective of the present invention is to provide a power supply device that has the function of absorbing regenerative current from an inductive load that occurs when a protection circuit is activated in the event of an abnormality, causing the switch circuit to stop operating, and that can suppress inrush current while suppressing heat generation and efficiency reduction during normal operation.

本発明の電源装置は、誘導性負荷に直流電圧を供給する電源装置であって、直流源と、複数のスイッチ素子を有し、当該複数のスイッチ素子により前記直流源からの入力直流電圧をスイッチングするスイッチ回路と、前記スイッチ回路からの出力電圧を直流化して前記誘導性負荷に供給する直流化回路と、前記直流源と前記スイッチ回路との間に接続された突入電流抑制回路と、を備え、前記突入電流抑制回路は、前記直流源の高電位出力端子と前記スイッチ回路の高電位入力端子とを結ぶ高電位ラインに介装され、アノード側が前記直流源の前記高電位出力端子に接続された第1ダイオードと、前記第1ダイオードのカソード側で前記高電位ラインに一端が接続された抵抗素子と、前記抵抗素子の他端に一端が接続され、前記直流源の低電位出力端子と前記スイッチ回路の低電位入力端子とを結ぶ低電位ラインに他端が接続されたコンデンサと、前記第1ダイオードのカソード側の電圧からアノード側の電圧を減算した電圧差が0V以上である所定値を超えた場合に前記抵抗素子を短絡させる短絡手段と、を有している。 The power supply device of the present invention is a power supply device that supplies a DC voltage to an inductive load, and includes a DC source, a switch circuit having a plurality of switch elements that switches an input DC voltage from the DC source using the plurality of switch elements, a DC conversion circuit that converts the output voltage from the switch circuit into DC and supplies it to the inductive load, and an inrush current suppression circuit connected between the DC source and the switch circuit, and the inrush current suppression circuit is interposed in a high potential line that connects a high potential output terminal of the DC source and a high potential input terminal of the switch circuit. The power supply circuit includes a first diode having an anode connected to the high potential output terminal of the DC source, a resistor element having one end connected to the high potential line on the cathode side of the first diode, a capacitor having one end connected to the other end of the resistor element and the other end connected to a low potential line connecting the low potential output terminal of the DC source and the low potential input terminal of the switch circuit, and a short circuit means for short circuiting the resistor element when a voltage difference obtained by subtracting the voltage on the anode side from the voltage on the cathode side of the first diode exceeds a predetermined value that is equal to or greater than 0V.

直流源からの入力直流電圧をスイッチ回路および直流化回路を介して誘導性負荷に供給する給電時においては、第1ダイオードの順方向電流が流れるので、第1ダイオードのカソード側の電圧は順方向電圧分だけアノード側の電圧より低くなる。すなわち、第1ダイオードのカソード側の電圧からアノード側の電圧を減算した電圧差は0Vよりも小さく、所定値未満である。よって、給電時は、短絡手段は抵抗素子を短絡しない。したがって、直流源起動時には、コンデンサへの充電電流は抵抗素子によって制限されながら流れるので、突入電流を抑制することができる。抵抗素子はコンデンサと直列に接続されているので、コンデンサへの充電が完了した後の通常運転時は抵抗素子に電流が流れることがない。よって、抵抗素子での通常運転時の電力損失を避けることができる。 During power supply, in which the input DC voltage from the DC source is supplied to the inductive load via the switch circuit and the DC converter circuit, a forward current flows through the first diode, so that the voltage on the cathode side of the first diode is lower than the voltage on the anode side by the forward voltage. That is, the voltage difference obtained by subtracting the voltage on the anode side from the voltage on the cathode side of the first diode is less than 0 V and is less than a predetermined value. Therefore, during power supply, the shorting means does not short-circuit the resistance element. Therefore, when the DC source is started, the charging current to the capacitor flows while being limited by the resistance element, so that the inrush current can be suppressed. Since the resistance element is connected in series with the capacitor, no current flows through the resistance element during normal operation after charging of the capacitor is completed. Therefore, power loss during normal operation in the resistance element can be avoided.

また、異常発生時に保護回路が作動することによりスイッチ回路の動作が停止した時には、誘導性負荷に蓄積されたエネルギーが誘導起電力として回生され、スイッチ回路の出力側から入力側に向かって回生電流が流れる。かかる回生電流は、第1ダイオードに対して逆方向となるので第1ダイオードには流れず、抵抗素子を介してコンデンサに流れ込む。これにより、第1ダイオードのカソード側の電圧が上昇する。そして、第1ダイオードのカソード側の電圧からアノード側の電圧を減算した電圧差が所定値を超えたとき、短絡手段により抵抗素子が短絡される。抵抗素子が短絡されることで、抵抗素子によってコンデンサへの回生エネルギーの吸収効果が阻害されるのを避けることができる。このように、短絡手段は、異常発生によりスイッチ回路の動作が停止した時のみ抵抗素子を短絡する。よって、通常運転時に抵抗素子を短絡状態に維持する場合に比べて、発熱や効率低下を抑えつつ突入電流を抑制することができる。 When the switch circuit stops operating due to the protection circuit being activated when an abnormality occurs, the energy stored in the inductive load is regenerated as an induced electromotive force, and a regenerative current flows from the output side to the input side of the switch circuit. This regenerative current flows in the opposite direction to the first diode, so it does not flow through the first diode, but flows into the capacitor via the resistance element. This causes the voltage on the cathode side of the first diode to rise. Then, when the voltage difference obtained by subtracting the voltage on the anode side from the voltage on the cathode side of the first diode exceeds a predetermined value, the resistance element is short-circuited by the short-circuiting means. By short-circuiting the resistance element, it is possible to prevent the resistance element from hindering the absorption effect of the regenerative energy into the capacitor. In this way, the short-circuiting means shorts the resistance element only when the switch circuit stops operating due to an abnormality. Therefore, compared to when the resistance element is maintained in a short-circuited state during normal operation, it is possible to suppress the inrush current while suppressing heat generation and efficiency reduction.

また、上述の電源装置においては、前記短絡手段は、前記抵抗素子と並列に接続されたトランジスタであって、前記トランジスタは、第1主電極が前記第1ダイオードのカソード側に接続されており、第2主電極が前記抵抗素子と前記コンデンサとの間に接続されており、制御電極が前記第1ダイオードのアノード側に導通接続されている。 In the power supply device described above, the short-circuiting means is a transistor connected in parallel with the resistive element, and the transistor has a first main electrode connected to the cathode side of the first diode, a second main electrode connected between the resistive element and the capacitor, and a control electrode conductively connected to the anode side of the first diode.

この構成によると、簡素な構成により、異常発生によりスイッチ回路の動作が停止した時のみ抵抗素子を短絡する短絡手段を実現することができる。 With this simple configuration, it is possible to realize a short-circuiting means that shorts the resistance element only when the operation of the switch circuit stops due to the occurrence of an abnormality.

さらに、上述の電源装置においては、前記突入電流抑制回路は、前記制御電極と前記直流源の前記高電位出力端子との間に、カソード側が前記直流源の前記高電位出力端子に導通接続された第2ダイオードをさらに有している。 Furthermore, in the above-mentioned power supply device, the inrush current suppression circuit further includes a second diode between the control electrode and the high potential output terminal of the DC source, the cathode side of which is conductively connected to the high potential output terminal of the DC source.

この構成によると、直流源の高電位出力端からトランジスタの制御電極に電流が流れるのを防ぐことができる。 This configuration makes it possible to prevent current from flowing from the high-potential output terminal of the DC source to the control electrode of the transistor.

加えて、上述の電源装置では、前記突入電流抑制回路は、前記制御電極と前記第1ダイオードのアノード側との間に、カソード側が前記制御電極に導通接続された定電圧ダイオードをさらに有している。 In addition, in the above-mentioned power supply device, the inrush current suppression circuit further includes a constant voltage diode between the control electrode and the anode side of the first diode, the cathode side of which is conductively connected to the control electrode.

この構成によると、第1ダイオードのカソード側の電圧からアノード側の電圧を減算した電圧差が定電圧ダイオードのツェナー電圧を超えるまでは短絡手段により抵抗素子が短絡されないようにすることができるので、短絡手段の誤作動を抑制することができる。 With this configuration, the short-circuiting means can prevent the resistance element from being short-circuited until the voltage difference obtained by subtracting the voltage on the anode side from the voltage on the cathode side of the first diode exceeds the Zener voltage of the constant-voltage diode, thereby suppressing malfunction of the short-circuiting means.

さらに、上述の電源装置では、前記突入電流抑制回路は、前記抵抗素子と並列に、アノード側が前記コンデンサの前記一端に接続された第3ダイオードをさらに有している。 Furthermore, in the above-mentioned power supply device, the inrush current suppression circuit further includes a third diode in parallel with the resistive element, the anode side of which is connected to the one end of the capacitor.

この構成によると、回生電流が流れ終えた後、異常発生がなくなり、前記スイッチ回路が動作再開して誘導性負荷へ給電出力する通常運転時、第3ダイオードを介してコンデンサに溜まった電力をスムーズに放電することができる。 With this configuration, after the regenerative current has stopped flowing, the abnormality is eliminated, and during normal operation when the switch circuit resumes operation and supplies power to the inductive load, the power stored in the capacitor can be smoothly discharged via the third diode.

また、上述の電源装置においては、前記スイッチ回路は、出力する直流電圧の極性を切り替え可能に構成されている。 In addition, in the above-mentioned power supply device, the switch circuit is configured to be able to switch the polarity of the DC voltage that is output.

この構成によると、例えばステアリング電磁石のように、供給する直流電圧の極性を切り替え可能であることが必要である誘導性負荷に直流電圧を供給する場合に好適である。 This configuration is suitable for supplying DC voltage to an inductive load, such as a steering electromagnet, that requires the polarity of the supplied DC voltage to be switchable.

本発明によれば、異常発生時に保護回路が作動することによりスイッチ回路の動作が停止したときに発生する誘導性負荷からの回生電流を吸収する機能を保有し、かつ通常運転時の発熱や効率低下を抑えつつ突入電流を抑制することができる。 The present invention has the function of absorbing regenerative current from an inductive load that occurs when the switch circuit stops operating due to the protection circuit being activated in the event of an abnormality, and can suppress inrush current while suppressing heat generation and efficiency reduction during normal operation.

本発明の一実施形態にかかる電源装置の構成を示す回路図である。1 is a circuit diagram showing a configuration of a power supply device according to an embodiment of the present invention; 図1のスイッチ回路を示す図であり、(a)はPWM制御における第1状態での電流の流れを示し、(b)はPWM制御における第2状態での電流の流れを示す。2A and 2B are diagrams showing the switch circuit of FIG. 1 , in which FIG. 2A shows a current flow in a first state under PWM control, and FIG. 2B shows a current flow in a second state under PWM control. 図1のスイッチ回路を示す図であり、誘導性負荷からの回生電流が流れ込んだ状態を示す。FIG. 2 is a diagram showing the switch circuit of FIG. 1 , illustrating a state in which a regenerative current flows in from an inductive load. 第1変形例にかかる電源装置のスイッチ回路を示す図である。FIG. 13 is a diagram showing a switch circuit of a power supply device according to a first modified example. 第2変形例にかかる電源装置の突入電流抑制回路を示す図である。FIG. 13 is a diagram illustrating an inrush current suppression circuit of a power supply device according to a second modified example.

以下、本発明の好適な一実施の形態について、図面を参照しつつ説明する。 A preferred embodiment of the present invention will be described below with reference to the drawings.

(電源装置1の回路構成)
まず、図1~図3を参照しつつ、本実施形態にかかる電源装置1の回路構成について説明する。本実施形態の電源装置1は、シンクロトロン(円形加速器)において荷電粒子のビームの軌道補正を行うステアリング電磁石2に直流電圧を供給する。電源装置1は、誘導性負荷であるステアリング電磁石2が接続される一対の出力端子T13、T14を有している。また、電源装置1は、DC-DCコンバータ3、スイッチ回路4、直流化回路5、突入電流抑制回路6および制御回路9を主に備えている。
(Circuit configuration of power supply device 1)
First, the circuit configuration of a power supply device 1 according to this embodiment will be described with reference to Figures 1 to 3. The power supply device 1 of this embodiment supplies a DC voltage to a steering electromagnet 2 that corrects the trajectory of a beam of charged particles in a synchrotron (circular accelerator). The power supply device 1 has a pair of output terminals T13, T14 to which the steering electromagnet 2, which is an inductive load, is connected. The power supply device 1 also mainly includes a DC-DC converter 3, a switch circuit 4, a DC conversion circuit 5, an inrush current suppression circuit 6, and a control circuit 9.

DC-DCコンバータ3は、直流電圧を出力する。すなわち、DC-DCコンバータ3は、本発明の直流源に相当する。本実施形態のDC-DCコンバータ3は、絶縁形である。DC-DCコンバータ3の高電位入力端子T31は入力端子T11に接続されており、低電位入力端子T32はGND端子T12に接続されている。DC-DCコンバータ3には、入力端子T11とGND端子T12との間に印加される直流電圧が入力される。DC-DCコンバータ3、入力された直流電圧を昇圧または降圧して出力する。 The DC-DC converter 3 outputs a DC voltage. In other words, the DC-DC converter 3 corresponds to the DC source of the present invention. The DC-DC converter 3 of this embodiment is an insulated type. The high-potential input terminal T31 of the DC-DC converter 3 is connected to the input terminal T11, and the low-potential input terminal T32 is connected to the GND terminal T12. The DC-DC converter 3 receives a DC voltage applied between the input terminal T11 and the GND terminal T12. The DC-DC converter 3 boosts or lowers the input DC voltage and outputs it.

スイッチ回路4は、DC-DCコンバータ3から出力された直流電圧が入力される。スイッチ回路4の高電位入力端子T41は、高電位ライン61によってDC-DCコンバータ3の高電位出力端子T33と接続されている。スイッチ回路4の低電位入力端子T42は、低電位ライン62によってDC-DCコンバータ3の低電位出力端子T34と接続されている。 The switch circuit 4 receives the DC voltage output from the DC-DC converter 3. The high-potential input terminal T41 of the switch circuit 4 is connected to the high-potential output terminal T33 of the DC-DC converter 3 by a high-potential line 61. The low-potential input terminal T42 of the switch circuit 4 is connected to the low-potential output terminal T34 of the DC-DC converter 3 by a low-potential line 62.

スイッチ回路4の高電位出力端子T43は、配線81によって出力端子T13と接続されている。配線81にはコイルL1が介装されている。スイッチ回路4の低電位出力端子T44は、配線82によって出力端子T14と接続されている。なお、出力端子T43、T44と出力端子T13、T14との間には、直流化回路5が接続されている。 The high-potential output terminal T43 of the switch circuit 4 is connected to the output terminal T13 by a wiring 81. A coil L1 is interposed in the wiring 81. The low-potential output terminal T44 of the switch circuit 4 is connected to the output terminal T14 by a wiring 82. The DC circuit 5 is connected between the output terminals T43, T44 and the output terminals T13, T14.

図2に示すように、スイッチ回路4は、4つのスイッチ素子S1~S4をブリッジ接続したフルブリッジ回路である。スイッチ回路4は、これらスイッチ素子S1~S4によりDC-DCコンバータ3からの入力直流電圧をスイッチングする。スイッチ回路4は、出力する直流電圧の極性を切り替え可能に構成されている。スイッチ素子S1~S4は、IGBTやFET等の半導体デバイスで構成されている。本実施形態のスイッチ素子S1~S4は、Nチャンネル形のIGBTである。4つのスイッチ素子S1~S4には、それぞれ還流ダイオードD1~D4が設けられている。なお、スイッチ素子がFETである場合、内部ボディダイオードが還流ダイオードとして利用可能である。 As shown in FIG. 2, the switch circuit 4 is a full bridge circuit in which four switch elements S1 to S4 are bridge-connected. The switch circuit 4 switches the input DC voltage from the DC-DC converter 3 using these switch elements S1 to S4. The switch circuit 4 is configured to be able to switch the polarity of the output DC voltage. The switch elements S1 to S4 are configured with semiconductor devices such as IGBTs and FETs. In this embodiment, the switch elements S1 to S4 are N-channel IGBTs. The four switch elements S1 to S4 are provided with freewheel diodes D1 to D4, respectively. Note that when the switch elements are FETs, the internal body diodes can be used as freewheel diodes.

一端が高電位入力端子T41に接続された配線71は、その他端において配線73、74に分岐している。配線73の配線71側とは反対側の端は、スイッチ素子S1のコレクタに接続されている。配線74の配線71側とは反端側の端は、スイッチ素子S3のコレクタに接続されている。 One end of wire 71 is connected to high potential input terminal T41, and the other end branches into wires 73 and 74. The end of wire 73 opposite to wire 71 is connected to the collector of switch element S1. The end of wire 74 opposite to wire 71 is connected to the collector of switch element S3.

一端が低電位入力端子T42に接続された配線72は、その他端において配線75、76に分岐している。配線75の配線72側とは反対側の端は、スイッチ素子S2のエミッタに接続されている。配線76の配線72側とは反端側の端は、スイッチ素子S4のエミッタに接続されている。 One end of wire 72 is connected to low-potential input terminal T42, and the other end branches into wires 75 and 76. The end of wire 75 opposite to wire 72 is connected to the emitter of switch element S2. The end of wire 76 opposite to wire 72 is connected to the emitter of switch element S4.

スイッチ素子S1のエミッタとスイッチ素子S2のコレクタとは、配線77によって接続されている。すなわち、スイッチ素子S1とスイッチ素子S2とは直列に接続されている。配線77の途中には、配線79の一端が接続されている。配線79の他端は、高電位出力端子T43に接続されている。 The emitter of switch element S1 and the collector of switch element S2 are connected by wiring 77. That is, switch element S1 and switch element S2 are connected in series. One end of wiring 79 is connected to the middle of wiring 77. The other end of wiring 79 is connected to high potential output terminal T43.

スイッチ素子S3のエミッタとスイッチ素子S4のコレクタとは、配線78によって接続されている。すなわち、スイッチ素子S3とスイッチ素子S4とは直列に接続されている。配線78の途中には、配線80の一端が接続されている。配線80の他端は、低電位出力端子T44に接続されている。 The emitter of switch element S3 and the collector of switch element S4 are connected by wiring 78. That is, switch element S3 and switch element S4 are connected in series. One end of wiring 80 is connected to the middle of wiring 78. The other end of wiring 80 is connected to low-potential output terminal T44.

図1に示すように、スイッチ回路4の一対の出力端子T43、T44と、ステアリング電磁石2が接続された出力端子T13、14との間には、直流化回路5が接続されている。直流化回路5は、スイッチ回路4からの出力電圧を直流化してステアリング電磁石2に供給する。直流化回路5は、コイルL1およびコンデンサC2からなるLC高周波フィルタである。直流化回路5は、スイッチ素子S1~S4のスイッチングによる電流リプルを減衰する。なお、図1においては、直流化回路5を構成するコイルL1は、出力端子T43と出力端子T13との間に設けられている。しかしながら、コイルL1は、出力端子T44と出力端子T14を結ぶ配線82に介装して設けても良い。 As shown in FIG. 1, the DC circuit 5 is connected between a pair of output terminals T43, T44 of the switch circuit 4 and output terminals T13, T14 to which the steering electromagnet 2 is connected. The DC circuit 5 converts the output voltage from the switch circuit 4 into a DC voltage and supplies it to the steering electromagnet 2. The DC circuit 5 is an LC high-frequency filter made up of a coil L1 and a capacitor C2. The DC circuit 5 attenuates current ripples caused by the switching of the switch elements S1 to S4. In FIG. 1, the coil L1 constituting the DC circuit 5 is provided between the output terminal T43 and the output terminal T13. However, the coil L1 may be provided by being interposed in the wiring 82 connecting the output terminal T44 and the output terminal T14.

高電位ライン61と低電位ライン62の間には、コンデンサC3が配置されている。一端が高電位ライン61に接続された配線83の他端が、コンデンサC3の一端に接続されている。一端が低電位ライン62に接続された配線84の他端が、コンデンサC3の他端に接続されている。コンデンサC3は、スイッチ回路4からのノイズを安定化させることができる。 A capacitor C3 is disposed between the high potential line 61 and the low potential line 62. One end of a wiring 83 is connected to the high potential line 61, and the other end of the wiring 83 is connected to one end of the capacitor C3. One end of a wiring 84 is connected to the low potential line 62, and the other end of the wiring 84 is connected to the other end of the capacitor C3. The capacitor C3 can stabilize noise from the switch circuit 4.

スイッチ回路4は、制御回路9によって制御される。制御回路9は、スイッチ素子S1、S2に対してPWM制御を行い、スイッチ回路4から出力する電流量を調整する。また、制御回路9は、スイッチ素子S3、S4に対してオン/オフ制御を行い、スイッチ回路4から出力する電流の極性の切り替えを行う。 The switch circuit 4 is controlled by a control circuit 9. The control circuit 9 performs PWM control on the switch elements S1 and S2 to adjust the amount of current output from the switch circuit 4. The control circuit 9 also performs on/off control on the switch elements S3 and S4 to switch the polarity of the current output from the switch circuit 4.

図2(a)および図2(b)においては、スイッチ素子S3はOFF、スイッチ素子S4はONとなっている。このとき、スイッチ回路4から出力する電流の極性は正となる。PWM制御においては、図2(a)に示すON状態(第1状態)と、図2(b)に示すOFF状態(第2状態)と、を切り替える。図2(a)、(b)においては、電流の流れる方向を二点鎖線矢印で示している。図2(a)に示すように、ON状態のときは、スイッチ素子S1はON、スイッチ素子S2はOFFとなっている。図2(b)に示すように、OFF状態のときは、スイッチ素子S1はOFF、スイッチ素子S2はONとなっている。PWM制御においては、ON状態の時間幅(デューティー)を変化させることで、スイッチ回路4から出力する電流量を調整する。 2(a) and 2(b), the switch element S3 is OFF and the switch element S4 is ON. At this time, the polarity of the current output from the switch circuit 4 is positive. In PWM control, the ON state (first state) shown in FIG. 2(a) and the OFF state (second state) shown in FIG. 2(b) are switched. In FIGS. 2(a) and 2(b), the direction of the current flow is indicated by a two-dot chain line arrow. As shown in FIG. 2(a), in the ON state, the switch element S1 is ON and the switch element S2 is OFF. As shown in FIG. 2(b), in the OFF state, the switch element S1 is OFF and the switch element S2 is ON. In PWM control, the amount of current output from the switch circuit 4 is adjusted by changing the time width (duty) of the ON state.

また、スイッチ素子S3をON、スイッチ素子S4をOFFとすることで、スイッチ回路4から出力する電流の極性を負とすることができる。このときは、PWM制御においては、スイッチ素子S1をOFFとしスイッチ素子S2をONとすることでON状態(第1状態)となり、スイッチ素子S1をONとしスイッチ素子S2をOFFとすることでOFF状態(第2状態)となる。 In addition, by turning switch element S3 ON and switch element S4 OFF, the polarity of the current output from switch circuit 4 can be made negative. In this case, in PWM control, turning switch element S1 OFF and switch element S2 ON results in the ON state (first state), and turning switch element S1 ON and switch element S2 OFF results in the OFF state (second state).

ここで、図3を参照しつつ、異常発生時にスイッチ回路4の出力過電流保護回路や過電圧保護回路などの保護回路が作動し、スイッチ回路4の動作が停止した場合について説明する。図3においては、電流の流れる方向を二点鎖線矢印で示している。保護回路が作動すると、スイッチ素子S1~S4は全てOFFとなる。ことのき、ステアリング電磁石2に蓄積されたエネルギーが誘導起電力として回生される。回生電流は、スイッチ回路4の還流ダイオードD2、D3を介してスイッチ回路4の出力側から入力側に向かって流れ、後で詳述するコンデンサC1に流れ込む。 Now, referring to FIG. 3, we will explain the case where a protection circuit such as the output overcurrent protection circuit or overvoltage protection circuit of the switch circuit 4 is activated when an abnormality occurs and the operation of the switch circuit 4 stops. In FIG. 3, the direction of current flow is indicated by a two-dot chain line arrow. When the protection circuit is activated, all of the switch elements S1 to S4 are turned OFF. At this time, the energy stored in the steering electromagnet 2 is regenerated as an induced electromotive force. The regenerated current flows from the output side to the input side of the switch circuit 4 via the freewheel diodes D2 and D3 of the switch circuit 4, and flows into the capacitor C1, which will be described in detail later.

図1に戻って、突入電流抑制回路6は、DC-DCコンバータ3とスイッチ回路4との間に接続されている。突入電流抑制回路6は、ダイオードD5、抵抗素子R1、コンデンサC1、トランジスタQ、定電圧ダイオードZD、ダイオードD6およびダイオードD7を主に有している。 Returning to FIG. 1, the inrush current suppression circuit 6 is connected between the DC-DC converter 3 and the switch circuit 4. The inrush current suppression circuit 6 mainly includes a diode D5, a resistor element R1, a capacitor C1, a transistor Q, a constant voltage diode ZD, a diode D6, and a diode D7.

ダイオードD5は、DC-DCコンバータ3の高電位出力端子T33とスイッチ回路4の高電位入力端子T41とを結ぶ高電位ライン61に介装されている。ダイオードD5は、アノード側がDC-DCコンバータ3の高電位出力端子T33に接続されている。ダイオードD5は、DC-DCコンバータ3の高電位出力端子T33に前記回生電流が流れ込むのを防ぐ。 Diode D5 is inserted in the high potential line 61 that connects the high potential output terminal T33 of the DC-DC converter 3 and the high potential input terminal T41 of the switch circuit 4. The anode side of diode D5 is connected to the high potential output terminal T33 of the DC-DC converter 3. Diode D5 prevents the regenerative current from flowing into the high potential output terminal T33 of the DC-DC converter 3.

抵抗素子R1の一端は、ダイオードD5のカソード側で高電位ライン61に接続されている。より具体的には、高電位ライン61において配線83との接続部分とダイオードD5との間で分岐した配線92の他端に抵抗素子R1の一端が接続されている。 One end of the resistor element R1 is connected to the high potential line 61 on the cathode side of the diode D5. More specifically, one end of the resistor element R1 is connected to the other end of the wiring 92 that branches off from the high potential line 61 between the connection portion with the wiring 83 and the diode D5.

コンデンサC1の正極は、配線93により抵抗素子R1の他端に接続されている。コンデンサC1の負極は、低電位ライン62に接続されている。 The positive electrode of capacitor C1 is connected to the other end of resistor element R1 by wiring 93. The negative electrode of capacitor C1 is connected to the low potential line 62.

コンデンサC1は、ステアリング電磁石2の容量に応じた静電容量を有している。異常発生によりスイッチ回路4の動作が停止したときに、ステアリング電磁石2からの回生エネルギーをコンデンサC1に蓄積することができる。なお、回生エネルギーは、コンデンサC3にも蓄積される。しかしながら、コンデンサC1の静電容量は、コンデンサC3に比べて十分に大きく、回生エネルギーは主にコンデンサC1に蓄えられる。 Capacitor C1 has a capacitance that corresponds to the capacitance of steering electromagnet 2. When the operation of switch circuit 4 stops due to the occurrence of an abnormality, regenerative energy from steering electromagnet 2 can be stored in capacitor C1. The regenerative energy is also stored in capacitor C3. However, the capacitance of capacitor C1 is sufficiently larger than that of capacitor C3, and the regenerative energy is mainly stored in capacitor C1.

コンデンサC1の静電容量が大きい場合には、DC-DCコンバータ3起動時に、コンデンサC1への充電電流が突入電流となり、DC-DCコンバータ3の過電流保護回路が作動するおそれがある。過電流保護動作の方式が、出力シャットダウン停止動作や間欠停止動作などの停止動作である場合は、うまく起動できなくなる可能性がある。突入電流抑制回路6は、この突入電流を抑制する回路である。 If the capacitance of capacitor C1 is large, when DC-DC converter 3 starts up, the charging current to capacitor C1 may become an inrush current, which may trip the overcurrent protection circuit of DC-DC converter 3. If the overcurrent protection method is a stopping operation such as an output shutdown stopping operation or an intermittent stopping operation, it may not be possible to start up properly. The inrush current suppression circuit 6 is a circuit that suppresses this inrush current.

トランジスタQは、抵抗素子R1と並列に接続されたPNP形トランジスタである。トランジスタQは、抵抗素子R1を短絡可能である。トランジスタQのエミッタ(本発明の「第1主電極」に相当する)は、ダイオードD5のカソード側に接続されている。トランジスタQのコレクタ(本発明の「第2主電極」に相当する)は抵抗素子R1とコンデンサC1との間に接続されている。トランジスタQのベース(本発明の「制御電極」に相当する)は、ベース抵抗R2、定電圧ダイオードZDおよびダイオードD6を介してダイオードD5のアノード側に導通接続されている。 Transistor Q is a PNP transistor connected in parallel with resistor R1. Transistor Q can short-circuit resistor R1. The emitter of transistor Q (corresponding to the "first main electrode" of the present invention) is connected to the cathode side of diode D5. The collector of transistor Q (corresponding to the "second main electrode" of the present invention) is connected between resistor R1 and capacitor C1. The base of transistor Q (corresponding to the "control electrode" of the present invention) is conductively connected to the anode side of diode D5 via base resistor R2, constant voltage diode ZD, and diode D6.

一端が配線92の途中に接続された配線94の他端が、トランジスタQのエミッタに接続されている。一端が配線93の途中に接続された配線95の他端が、トランジスタQのコレクタに接続されている。一端が高電位ライン61におけるDC-DCコンバータ3の高電位出力端子T33とダイオードD5との間の部分に接続された配線96の他端が、トランジスタQのベースに接続されている。 One end of wire 94 is connected to the middle of wire 92, and the other end is connected to the emitter of transistor Q. One end of wire 95 is connected to the middle of wire 93, and the other end is connected to the collector of transistor Q. One end of wire 96 is connected to a portion of high potential line 61 between high potential output terminal T33 of DC-DC converter 3 and diode D5, and the other end is connected to the base of transistor Q.

配線96には、トランジスタQのベース抵抗R2が介装されている。一端が配線96におけるトランジスタQのベースとベース抵抗R2との間の部分に接続され、かつ、他端が配線94の途中に接続された配線97には、トランジスタQのベース-エミッタ間抵抗R3が介装されている。 A base resistor R2 of transistor Q is interposed in wiring 96. A base-emitter resistor R3 of transistor Q is interposed in wiring 97, one end of which is connected to the portion of wiring 96 between the base of transistor Q and base resistor R2, and the other end of which is connected to the middle of wiring 94.

ダイオードD6は、トランジスタQのベースとDC-DCコンバータ3の高電位出力端子T33との間に配置されている。ダイオードD6は、配線96における高電位ライン61との接続部分とベース抵抗R2との間の部分に配置されている。ダイオードD6は、カソード側がDC-DCコンバータ3の高電位出力端子T33に導通接続されている。 Diode D6 is disposed between the base of transistor Q and the high potential output terminal T33 of DC-DC converter 3. Diode D6 is disposed between the connection portion of wiring 96 with high potential line 61 and base resistor R2. The cathode side of diode D6 is conductively connected to the high potential output terminal T33 of DC-DC converter 3.

定電圧ダイオードZDは、トランジスタQのベースとダイオードD5のアノード側との間に配置されている。定電圧ダイオードZDは、配線96におけるダイオードD6とベース抵抗R2との間の部分に配置されている。定電圧ダイオードZDは、カソード側がベース抵抗R2を介してトランジスタQのベースに導通接続されている。 The constant voltage diode ZD is disposed between the base of the transistor Q and the anode side of the diode D5. The constant voltage diode ZD is disposed in the portion of the wiring 96 between the diode D6 and the base resistor R2. The cathode side of the constant voltage diode ZD is conductively connected to the base of the transistor Q via the base resistor R2.

ダイオードD7は、抵抗素子R1と並列に接続されている。ダイオードD7は、一端が配線92の途中に接続されており、かつ、他端が配線93の途中に接続された配線98に配置されている。ダイオードD7は、アノード側がコンデンサC1の正極に接続されている。 Diode D7 is connected in parallel with resistor element R1. One end of diode D7 is connected to the middle of wiring 92, and the other end is disposed on wiring 98, which is connected to the middle of wiring 93. The anode side of diode D7 is connected to the positive electrode of capacitor C1.

(突入電流抑制回路6の動作)
次に、突入電流抑制回路6の動作について説明する。最初に、DC-DCコンバータ3からの直流電圧をスイッチ回路4および直流化回路5を介してステアリング電磁石2に出力する給電時について考える。給電時は、ダイオードD5の順方向電流が流れるので、ダイオードD5のカソード側~GND間の電圧V2は、順方向電圧分だけダイオードD5のアノード側の電圧V1より低くなる。すなわち、トランジスタQのベースへの印加電圧は、エミッタに対して正電圧となる。したがって、給電時は、トランジスタQはOFF状態であり、抵抗素子R1はトランジスタQによって短絡されない。
(Operation of inrush current suppression circuit 6)
Next, the operation of the inrush current suppression circuit 6 will be described. First, consider the time of power supply, in which the DC voltage from the DC-DC converter 3 is output to the steering electromagnet 2 via the switch circuit 4 and the DC conversion circuit 5. During power supply, a forward current flows through the diode D5, so that the voltage V2 between the cathode side of the diode D5 and GND is lower than the voltage V1 on the anode side of the diode D5 by the amount of the forward voltage. In other words, the voltage applied to the base of the transistor Q is a positive voltage with respect to the emitter. Therefore, during power supply, the transistor Q is in an OFF state, and the resistor element R1 is not short-circuited by the transistor Q.

よって、DC-DCコンバータ3起動時には、コンデンサC1への充電電流は抵抗素子R1によって制限されながら流れるので、突入電流を抑制することができる。抵抗素子R1はコンデンサC1と直列に接続されているので、コンデンサC1への充電が完了した後の通常運転時は抵抗素子R1に電流が流れることがない。したがって、抵抗素子R1での通常運転時の電力損失を避けることができる。 When the DC-DC converter 3 starts up, the charging current to the capacitor C1 flows while being limited by the resistance element R1, so the inrush current can be suppressed. Because the resistance element R1 is connected in series with the capacitor C1, no current flows through the resistance element R1 during normal operation after charging of the capacitor C1 is completed. Therefore, power loss during normal operation in the resistance element R1 can be avoided.

次に、異常発生によりスイッチ回路の動作が停止した場合について考える。このときステアリング電磁石2からの回生電流がスイッチ回路4の出力側から入力側に向かって流れる。かかる回生電流は、ダイオードD5に対して逆方向となるのでダイオードD5には流れず、抵抗素子R1を介してコンデンサC1に流れ込む。これにより、ダイオードD5のカソード側の電圧V2が上昇する。そして、ダイオードD5のカソード側の電圧V2からアノード側の電圧V1を減算した電圧差が定電圧ダイオードZDのツェナー電圧Vzを超えたとき、トランジスタQはOFFからONに切り替わる。トランジスタQがON状態となることで、抵抗素子R1はトランジスタQによって短絡される。 Next, consider the case where the switch circuit stops operating due to an abnormality. At this time, regenerative current from the steering electromagnet 2 flows from the output side to the input side of the switch circuit 4. Since this regenerative current flows in the reverse direction relative to diode D5, it does not flow through diode D5, but flows into capacitor C1 via resistance element R1. This causes the voltage V2 on the cathode side of diode D5 to rise. Then, when the voltage difference obtained by subtracting the voltage V1 on the anode side from the voltage V2 on the cathode side of diode D5 exceeds the Zener voltage Vz of the constant-voltage diode ZD, transistor Q switches from OFF to ON. When transistor Q turns ON, resistance element R1 is short-circuited by transistor Q.

すなわち、トランジスタQは、ダイオードD5のアノード側の電圧V1、ダイオードD5のカソード側の電圧V2および定電圧ダイオードZDのツェナー電圧Vz(0<Vz)が、V2‐V1>Vzの関係を満たすときは、ON状態となり、抵抗素子R1を短絡する。 In other words, when the voltage V1 on the anode side of diode D5, the voltage V2 on the cathode side of diode D5, and the Zener voltage Vz of constant-voltage diode ZD (0<Vz) satisfy the relationship V2-V1>Vz, transistor Q is turned ON and shorts out resistor element R1.

トランジスタQがOFFからONに切り替わることで抵抗素子R1が短絡されるので、抵抗素子R1によってコンデンサC1への回生エネルギーの吸収効果が阻害されるのを避けることができる。 When transistor Q switches from OFF to ON, resistor element R1 is shorted, preventing resistor element R1 from impeding the effect of absorbing regenerative energy into capacitor C1.

ステアリング電磁石2からの回生電流が流れ終えた後は、コンデンサC1に溜まった電荷は、スイッチ回路4が動作再開してステアリング電磁石2へ給電出力する通常運転時にダイオードD7を介してスムーズに放電される。 After the regenerative current from the steering electromagnet 2 has stopped flowing, the charge stored in the capacitor C1 is smoothly discharged via the diode D7 during normal operation when the switch circuit 4 resumes operation and supplies power to the steering electromagnet 2.

(実施形態の特徴)
以上のように、本実施形態の電源装置1は、誘導性負荷であるステアリング電磁石2に直流電圧を供給する電源装置1であり、DC-DCコンバータ3と、複数のスイッチ素子S1~S4を有し、スイッチ素子S1~S4によりDC-DCコンバータ3からの入力直流電圧をスイッチングするスイッチ回路4と、スイッチ回路4からの出力電圧を直流化してステアリング電磁石2に供給する直流化回路5と、DC-DCコンバータ3とスイッチ回路4との間に接続された突入電流抑制回路6と、を備えている。突入電流抑制回路6は、DC-DCコンバータ3の高電位出力端子T33とスイッチ回路4の高電位入力端子T41とを結ぶ高電位ライン61に介装されており、アノード側がDC-DCコンバータ3の高電位出力端子T33に接続されたダイオードD5と、ダイオードD5のカソード側で高電位ライン61に一端が接続された抵抗素子R1と、抵抗素子R1の他端に一端が接続され、DC-DCコンバータ3の低電位出力端子T34とスイッチ回路4の低電位入力端子T42とを結ぶ低電位ライン62に他端が接続されたコンデンサC1と、ダイオードD5のカソード側の電圧V2からアノード側の電圧V1を減算した電圧差が0V以上である所定値(ツェナー電圧Vz)を超えた場合に抵抗素子R1を短絡させるトランジスタQと、を有している。
(Features of the embodiment)
As described above, the power supply device 1 of this embodiment is a power supply device 1 that supplies a DC voltage to the steering electromagnet 2, which is an inductive load, and is equipped with a DC-DC converter 3, a switch circuit 4 having a plurality of switch elements S1 to S4 and switching an input DC voltage from the DC-DC converter 3 using the switch elements S1 to S4, a DC conversion circuit 5 that converts the output voltage from the switch circuit 4 into DC and supplies it to the steering electromagnet 2, and an inrush current suppression circuit 6 connected between the DC-DC converter 3 and the switch circuit 4. The inrush current suppression circuit 6 is disposed in a high potential line 61 connecting the high potential output terminal T33 of the DC-DC converter 3 and the high potential input terminal T41 of the switch circuit 4, and includes a diode D5 having an anode side connected to the high potential output terminal T33 of the DC-DC converter 3, a resistive element R1 having one end connected to the high potential line 61 on the cathode side of the diode D5, a capacitor C1 having one end connected to the other end of the resistive element R1 and the other end connected to a low potential line 62 connecting the low potential output terminal T34 of the DC-DC converter 3 and the low potential input terminal T42 of the switch circuit 4, and a transistor Q which shorts out the resistive element R1 when a voltage difference obtained by subtracting the anode side voltage V1 from the cathode side voltage V2 of the diode D5 exceeds a predetermined value (Zener voltage Vz) which is 0 V or more.

給電時においては、ダイオードD5のカソード側の電圧V2からアノード側の電圧V1を減算した電圧差は、所定値(ツェナー電圧Vz)未満となる。よって、給電時は、トランジスタQは抵抗素子R1を短絡しない。したがって、DC-DCコンバータ3起動時には、コンデンサC1への充電電流は抵抗素子R1によって制限されながら流れるので、突入電流を抑制することができる。抵抗素子R1はコンデンサC1と直列に接続されているので、コンデンサC1への充電が完了した後の通常運転時は抵抗素子R1に電流が流れることがない。よって、抵抗素子R1での通常運転時の電力損失を避けることができる。 When power is being supplied, the voltage difference obtained by subtracting the anode side voltage V1 from the cathode side voltage V2 of diode D5 is less than a predetermined value (Zener voltage Vz). Therefore, when power is being supplied, transistor Q does not short-circuit resistor element R1. Therefore, when DC-DC converter 3 starts up, the charging current to capacitor C1 flows while being limited by resistor element R1, so inrush current can be suppressed. Because resistor element R1 is connected in series with capacitor C1, no current flows through resistor element R1 during normal operation after charging of capacitor C1 is completed. Therefore, power loss during normal operation in resistor element R1 can be avoided.

また、異常発生時に保護回路が作動することによりスイッチ回路4の動作が停止した際に生じるステアリング電磁石2からの回生電流は、ダイオードD5に対して逆方向となるのでD5ダイオードには流れず、抵抗素子R1を介してコンデンサC1に流れ込む。これにより、ダイオードD5のカソード側の電圧V2が上昇する。そして、ダイオードD5のカソード側の電圧V2からアノード側の電圧V1を減算した電圧差が所定値(ツェナー電圧Vz)を超えたとき、トランジスタQにより抵抗素子R1が短絡される。抵抗素子R1が短絡されることで、抵抗素子R1によってコンデンサC1への回生エネルギーの吸収効果が阻害されるのを避けることができる。このように、トランジスタQは、異常発生によりスイッチ回路の動作が停止した時のみ抵抗素子R1を短絡する。よって、通常運転時に抵抗素子R1を短絡状態に維持する場合に比べて、発熱や効率低下を抑えつつ突入電流を抑制することができる。 In addition, when the protection circuit is activated in the event of an abnormality, the regenerative current from the steering electromagnet 2 that is generated when the operation of the switch circuit 4 stops flows in the reverse direction relative to the diode D5, so it does not flow through the D5 diode, but flows into the capacitor C1 via the resistance element R1. This causes the voltage V2 on the cathode side of the diode D5 to rise. Then, when the voltage difference obtained by subtracting the voltage V1 on the anode side from the voltage V2 on the cathode side of the diode D5 exceeds a predetermined value (Zener voltage Vz), the resistance element R1 is short-circuited by the transistor Q. By shorting the resistance element R1, it is possible to prevent the resistance element R1 from hindering the absorption effect of the regenerative energy into the capacitor C1. In this way, the transistor Q shorts the resistance element R1 only when the operation of the switch circuit stops due to the occurrence of an abnormality. Therefore, compared to when the resistance element R1 is maintained in a shorted state during normal operation, it is possible to suppress the inrush current while suppressing heat generation and efficiency reduction.

本実施形態の電源装置1では、トランジスタQは、抵抗素子R1と並列に接続されたPNP形トランジスタであって、エミッタがダイオードD5のカソード側に接続されており、コレクタが抵抗素子R1とコンデンサC1との間に接続されており、ベースがダイオードD5のアノード側に導通接続されている。この構成によると、簡素な構成により、異常発生によりスイッチ回路4の動作が停止した時のみ抵抗素子R1を短絡する短絡手段を実現することができる。 In the power supply device 1 of this embodiment, the transistor Q is a PNP transistor connected in parallel with the resistance element R1, with its emitter connected to the cathode side of the diode D5, its collector connected between the resistance element R1 and the capacitor C1, and its base conductively connected to the anode side of the diode D5. With this simple configuration, it is possible to realize a short-circuiting means that shorts the resistance element R1 only when the operation of the switch circuit 4 stops due to the occurrence of an abnormality.

本実施形態の電源装置1においては、突入電流抑制回路6は、トランジスタQのベースとDC-DCコンバータ3の高電位出力端子T33との間に、カソード側がDC-DCコンバータ3の高電位出力端子T33に導通接続されたダイオードD6をさらに有している。この構成によると、DC-DCコンバータ3の高電位出力端子T33からトランジスタQのベースに向かって電流が流れるのを防ぐことができる。 In the power supply device 1 of this embodiment, the inrush current suppression circuit 6 further includes a diode D6 between the base of the transistor Q and the high potential output terminal T33 of the DC-DC converter 3, the cathode of which is conductively connected to the high potential output terminal T33 of the DC-DC converter 3. This configuration makes it possible to prevent current from flowing from the high potential output terminal T33 of the DC-DC converter 3 toward the base of the transistor Q.

本実施形態の電源装置1では、突入電流抑制回路6は、トランジスタQのベースとダイオードD5のアノード側との間に、カソード側がトランジスタQのベースに導通接続された定電圧ダイオードZDをさらに有している。この構成によると、ダイオードD5のカソード側の電圧V2からアノード側の電圧V1を減算した電圧差が定電圧ダイオードZDのツェナー電圧Vzを超えるまではトランジスタQにより抵抗素子R1が短絡されないようにすることができるので、トランジスタQの誤作動を抑制することができる。 In the power supply device 1 of this embodiment, the inrush current suppression circuit 6 further includes a constant voltage diode ZD, the cathode of which is conductively connected to the base of the transistor Q, between the base of the transistor Q and the anode of the diode D5. With this configuration, the transistor Q can prevent the resistor element R1 from being short-circuited until the voltage difference obtained by subtracting the anode voltage V1 from the cathode voltage V2 of the diode D5 exceeds the Zener voltage Vz of the constant voltage diode ZD, thereby suppressing malfunction of the transistor Q.

本実施形態の電源装置1では、突入電流抑制回路6は、抵抗素子R1と並列に、アノード側がコンデンサC1の正極に接続されたダイオードD7をさらに有している。この構成によると、回生電流が流れ終えた後、異常発生がなくなり、スイッチ回路4が動作再開してステアリング電磁石2へ給電出力する通常運転時にダイオードD7を介してコンデンサC1に溜まった電力をスムーズに放電することができる。 In the power supply device 1 of this embodiment, the inrush current suppression circuit 6 further includes a diode D7, the anode of which is connected to the positive electrode of the capacitor C1, in parallel with the resistive element R1. With this configuration, after the regenerative current has stopped flowing, the abnormality is eliminated, and the switch circuit 4 resumes operation to supply power to the steering electromagnet 2. During normal operation, the power stored in the capacitor C1 can be smoothly discharged via the diode D7.

本実施形態の電源装置1では、スイッチ回路4は、出力する直流電圧の極性を切り替え可能に構成されている。この構成によると、例えばステアリング電磁石2のように、供給する直流電圧の極性を切り替え可能であることが必要である誘導性負荷に直流電圧を供給する場合に好適である。 In the power supply device 1 of this embodiment, the switch circuit 4 is configured to be able to switch the polarity of the DC voltage that is output. This configuration is suitable for supplying a DC voltage to an inductive load that requires the polarity of the supplied DC voltage to be switchable, such as the steering electromagnet 2.

以上、本発明の実施形態について図面に基づいて説明したが、具体的な構成は、これらの実施形態に限定されるものでない。本発明の範囲は、上記した実施形態の説明ではなく特許請求の範囲によって示され、さらに特許請求の範囲と均等の意味および範囲内でのすべての変更が含まれる。 Although the embodiments of the present invention have been described above with reference to the drawings, the specific configuration is not limited to these embodiments. The scope of the present invention is indicated by the claims rather than the description of the above embodiments, and further includes all modifications within the meaning and scope of the claims.

上述の実施形態では、スイッチ回路4が出力する直流電圧の極性を切り替え可能に構成されている場合について説明したが、これには限定されない。すなわち、図4に示すように、本実施形態の第1変形例にかかる電源装置のスイッチ回路4Aは、スイッチ回路4と同様のスイッチ素子S1、S2、S4および還流ダイオードD1、D2、D4を有している。スイッチ回路4Aにおいては、配線74の配線71側とは反対側の端は、スイッチ素子S4のコレクタに接続されている。そして、配線74にダイオードD13が介装されている。ダイオードD13のカソードは、高電位入力端子T41に接続されている。 In the above embodiment, the case where the polarity of the DC voltage output by the switch circuit 4 is switchable has been described, but the present invention is not limited to this. That is, as shown in FIG. 4, the switch circuit 4A of the power supply device according to the first modification of this embodiment has switch elements S1, S2, S4 and free-wheeling diodes D1, D2, D4 similar to those of the switch circuit 4. In the switch circuit 4A, the end of the wiring 74 opposite to the wiring 71 side is connected to the collector of the switch element S4. A diode D13 is also interposed in the wiring 74. The cathode of the diode D13 is connected to the high-potential input terminal T41.

スイッチ回路4Aにおいても、制御回路9によりスイッチ素子S1、S2に対してPWM制御を行い、スイッチ回路4Aから出力する電流量を調整することができる。また、スイッチ回路4Aにおいても、ステアリング電磁石2からの回生電流は、スイッチ回路4Aの還流ダイオードD2およびダイオードD13を介してスイッチ回路4Aの出力側から入力側に向かって流れ、コンデンサC1に流れ込む。 In the switch circuit 4A, the control circuit 9 performs PWM control on the switch elements S1 and S2, and the amount of current output from the switch circuit 4A can be adjusted. In the switch circuit 4A, the regenerative current from the steering electromagnet 2 also flows from the output side to the input side of the switch circuit 4A via the freewheel diode D2 and diode D13 of the switch circuit 4A, and then flows into the capacitor C1.

また、上述の実施形態では、抵抗素子R1を短絡させる短絡手段として抵抗素子R1と並列に接続されたPNP形のトランジスタQを採用する場合について説明したが、これには限定されない。すなわち、図5に示すように、本実施形態の第2変形例にかかる電源装置の突入電流抑制回路6Aにおいては、抵抗素子R1と並列に接続されたPch FETのトランジスタQ0が短絡手段として採用されている。 In the above embodiment, a PNP transistor Q connected in parallel with the resistive element R1 is used as the short-circuiting means for short-circuiting the resistive element R1, but this is not limited to the above. That is, as shown in FIG. 5, in the inrush current suppression circuit 6A of the power supply device according to the second modified example of this embodiment, a Pch FET transistor Q0 connected in parallel with the resistive element R1 is used as the short-circuiting means.

トランジスタQ0は、第1主電極であるソースがダイオードD5のカソード側に接続されており、第2主電極であるドレインが抵抗素子R1とコンデンサC1との間に接続されており、制御電極であるゲートがダイオードD5のアノード側に導通接続されている。 The transistor Q0 has a first main electrode (source) connected to the cathode side of the diode D5, a second main electrode (drain) connected between the resistor element R1 and the capacitor C1, and a control electrode (gate) conductively connected to the anode side of the diode D5.

トランジスタQ0を短絡手段として採用した場合も、トランジスタQと同様に、ダイオードD5のカソード側の電圧V2からアノード側の電圧V1を減算した電圧差が0V以上である所定値(ツェナー電圧Vz)を超えた場合に抵抗素子R1を短絡させることができる。したがって、簡素な構成により、異常発生によりスイッチ回路4の動作が停止した時のみ抵抗素子R1を短絡する短絡手段を実現することができる。 When the transistor Q0 is used as the short-circuiting means, similar to the transistor Q, the resistance element R1 can be short-circuited when the voltage difference obtained by subtracting the anode side voltage V1 from the cathode side voltage V2 of the diode D5 exceeds a predetermined value (Zener voltage Vz) that is 0 V or more. Therefore, with a simple configuration, it is possible to realize a short-circuiting means that shorts the resistance element R1 only when the operation of the switch circuit 4 stops due to the occurrence of an abnormality.

また、上述の実施形態では、トランジスタQのベースとDC-DCコンバータ3の高電位出力端子T33との間にダイオードD6が配置されている場合について説明したが、ダイオードD6はなくてもよい。 In addition, in the above embodiment, a case has been described in which a diode D6 is disposed between the base of the transistor Q and the high potential output terminal T33 of the DC-DC converter 3, but the diode D6 may be omitted.

加えて、上述の実施形態では、ダイオードD6とベース抵抗R2との間に定電圧ダイオードZDが配置されている場合について説明したが、これには限定されない。定電圧ダイオードZDは、トランジスタQのベースとダイオードD5のアノード側との間に配置されていればよい。また、定電圧ダイオードZDはなくてもよい。定電圧ダイオードZDが配置されていない場合は、トランジスタQは、ダイオードD5のカソード側の電圧V2からアノード側の電圧V1を減算した電圧差が0Vを超えた場合、すなわちV2>V1となった場合に、抵抗素子R1を短絡させる。 In addition, in the above embodiment, the constant voltage diode ZD is disposed between the diode D6 and the base resistor R2, but this is not limited to the above. The constant voltage diode ZD only needs to be disposed between the base of the transistor Q and the anode side of the diode D5. The constant voltage diode ZD may also be omitted. If the constant voltage diode ZD is not disposed, the transistor Q shorts the resistance element R1 when the voltage difference obtained by subtracting the voltage V1 on the anode side from the voltage V2 on the cathode side of the diode D5 exceeds 0 V, i.e., when V2>V1.

加えて、上述の実施形態では、抵抗素子R1と並列に接続されたダイオードD7が配置されている場合について説明したが、ダイオードD7はなくてもよい。 In addition, in the above embodiment, a case has been described in which a diode D7 is connected in parallel with the resistive element R1, but the diode D7 may be omitted.

また、上述の実施形態では、直流電圧を出力する直流源が絶縁形のDC-DCコンバータ3である場合について説明したが、これには限定されない。すなわち、直流源は、非絶縁形のDC-DCコンバータであってもよい。さらに、直流源としては、電池(リチウムイオン電池、ニッケル水素電池など)、バッテリ(蓄電池)、太陽電池、燃料電池、AC-DCコンバータなどを採用することもできる。 In the above embodiment, the DC source that outputs the DC voltage is an insulated DC-DC converter 3, but this is not limited to this. In other words, the DC source may be a non-insulated DC-DC converter. Furthermore, the DC source may be a battery (lithium ion battery, nickel metal hydride battery, etc.), a battery (storage battery), a solar cell, a fuel cell, an AC-DC converter, etc.

さらに、上述の実施形態では、負荷がステアリング電磁石2である場合について説明したが、これには限定されない。本発明は、誘導性負荷に直流電圧を供給する電源装置全般に適用可能である。 In addition, in the above embodiment, the load is the steering electromagnet 2, but this is not limited to the case. The present invention is applicable to any power supply device that supplies a DC voltage to an inductive load.

1 電源装置
2 ステアリング電磁石(誘導性負荷)
3 DC-DCコンバータ(直流源)
4 スイッチ回路
5 直流化回路
6 突入電流抑制回路
61 高電位ライン
62 低電位ライン
C1 コンデンサ
D1~D4 還流ダイオード
D5 ダイオード(第1ダイオード)
D6 ダイオード(第2ダイオード)
D7 ダイオード(第3ダイオード)
Q トランジスタ(短絡手段、PNP形トランジスタ)
Q0 トランジスタ(短絡手段、Pch FET)
R1 抵抗素子
S1~S4 スイッチ素子
T33 高電位出力端
T34 低電位出力端
T41 高電位入力端
T42 低電位入力端
ZD 定電圧ダイオード
1 Power supply unit 2 Steering electromagnet (inductive load)
3 DC-DC converter (DC source)
4 Switch circuit 5 DC circuit 6 Inrush current suppression circuit 61 High potential line 62 Low potential line C1 Capacitor D1 to D4 Freewheeling diodes D5 Diode (first diode)
D6 Diode (second diode)
D7 Diode (third diode)
Q Transistor (short circuit means, PNP transistor)
Q0 Transistor (short circuit means, Pch FET)
R1 Resistance element S1 to S4 Switching elements T33 High potential output terminal T34 Low potential output terminal T41 High potential input terminal T42 Low potential input terminal ZD Constant voltage diode

Claims (6)

誘導性負荷に直流電圧を供給する電源装置であって、
直流源と、
複数のスイッチ素子を有し、当該複数のスイッチ素子により前記直流源からの入力直流電圧をスイッチングするスイッチ回路と、
前記スイッチ回路からの出力電圧を直流化して前記誘導性負荷に供給する直流化回路と、
前記直流源と前記スイッチ回路との間に接続された突入電流抑制回路と、
を備え、
前記突入電流抑制回路は、
前記直流源の高電位出力端子と前記スイッチ回路の高電位入力端子とを結ぶ高電位ラインに介装され、アノード側が前記直流源の前記高電位出力端子に接続された第1ダイオードと、
前記第1ダイオードのカソード側で前記高電位ラインに一端が接続された抵抗素子と、
前記抵抗素子の他端に一端が接続され、前記直流源の低電位出力端子と前記スイッチ回路の低電位入力端子とを結ぶ低電位ラインに他端が接続されたコンデンサと、
前記第1ダイオードのカソード側の電圧からアノード側の電圧を減算した電圧差が0V以上である所定値を超えた場合に前記抵抗素子を短絡させる短絡手段と、を有することを特徴とする電源装置。
A power supply device that supplies a DC voltage to an inductive load,
A direct current source;
a switch circuit having a plurality of switch elements for switching an input DC voltage from the DC source by the plurality of switch elements;
a DC converter circuit that converts an output voltage from the switch circuit into a DC voltage and supplies the DC voltage to the inductive load;
an inrush current suppression circuit connected between the DC source and the switch circuit;
Equipped with
The inrush current suppression circuit includes:
a first diode, which is interposed in a high potential line connecting a high potential output terminal of the DC source and a high potential input terminal of the switch circuit, and has an anode side connected to the high potential output terminal of the DC source;
a resistor element having one end connected to the high potential line on the cathode side of the first diode;
a capacitor having one end connected to the other end of the resistor element and the other end connected to a low potential line connecting a low potential output terminal of the DC source and a low potential input terminal of the switch circuit;
and a short-circuiting means for short-circuiting the resistance element when a voltage difference obtained by subtracting the voltage on the anode side from the voltage on the cathode side of the first diode exceeds a predetermined value that is 0 V or more.
前記短絡手段は、前記抵抗素子と並列に接続されたトランジスタであって、
前記トランジスタは、第1主電極が前記第1ダイオードのカソード側に接続されており、第2主電極が前記抵抗素子と前記コンデンサとの間に接続されており、制御電極が前記第1ダイオードのアノード側に導通接続されていることを特徴とする請求項1に記載の電源装置。
The short circuit means is a transistor connected in parallel with the resistance element,
2. The power supply device according to claim 1, wherein the transistor has a first main electrode connected to the cathode side of the first diode, a second main electrode connected between the resistance element and the capacitor, and a control electrode conductively connected to the anode side of the first diode.
前記突入電流抑制回路は、
前記制御電極と前記直流源の前記高電位出力端子との間に、カソード側が前記直流源の前記高電位出力端子に導通接続された第2ダイオードをさらに有することを特徴とする請求項2に記載の電源装置。
The inrush current suppression circuit includes:
3. The power supply device according to claim 2, further comprising a second diode between the control electrode and the high potential output terminal of the DC source, the cathode side of which is conductively connected to the high potential output terminal of the DC source.
前記突入電流抑制回路は、
前記制御電極と前記第1ダイオードのアノード側との間に、カソード側が前記制御電極に導通接続された定電圧ダイオードをさらに有することを特徴とする請求項2に記載の電源装置。
The inrush current suppression circuit includes:
3. The power supply device according to claim 2, further comprising a constant voltage diode between the control electrode and the anode side of the first diode, the cathode side of which is conductively connected to the control electrode.
前記突入電流抑制回路は、
前記抵抗素子と並列に、アノード側が前記コンデンサの前記一端に接続された第3ダイオードをさらに有することを特徴とする請求項1に記載の電源装置。
The inrush current suppression circuit includes:
2. The power supply device according to claim 1, further comprising a third diode connected in parallel with the resistance element, the third diode having an anode connected to the one end of the capacitor.
前記スイッチ回路は、前記誘導性負荷へ供給する直流電圧の極性を切り替え可能に構成されていることを特徴とする請求項1~5のいずれか1項に記載の電源装置。 The power supply device according to any one of claims 1 to 5, characterized in that the switch circuit is configured to be able to switch the polarity of the DC voltage supplied to the inductive load.
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