電源装置
【課題】コンデンサに蓄えた電荷を効率的に放電でき、小型化が容易な電源装置を提供すること。
【解決手段】電源装置１は、一対の電力ライン１１と、昇圧部２と、平滑コンデンサ３と、放電防止用ダイオード５とを備える。平滑コンデンサ３の両端子３０，３１のうち、第１リアクトル２１を設けた電力ライン１１（負側の電力ライン１１ｎ）とは反対側の電力ライン１１（正側の電力ライン１１ｐ）に接続した端子３０と、第１リアクトル２１の電源１２側の端子２１０との間は、スイッチ４を介して電気的に接続されている。電源１２から直流負荷１０へ電力を供給する際には、スイッチ４をオフにする。電源１２から直流負荷１０への電力供給を停止した後、スイッチ４をオンにすることにより、平滑コンデンサ３に蓄えられた電荷を、スイッチ４および第１リアクトル２１を通して放電する。
【解決手段】電源装置１は、一対の電力ライン１１と、昇圧部２と、平滑コンデンサ３と、放電防止用ダイオード５とを備える。平滑コンデンサ３の両端子３０，３１のうち、第１リアクトル２１を設けた電力ライン１１（負側の電力ライン１１ｎ）とは反対側の電力ライン１１（正側の電力ライン１１ｐ）に接続した端子３０と、第１リアクトル２１の電源１２側の端子２１０との間は、スイッチ４を介して電気的に接続されている。電源１２から直流負荷１０へ電力を供給する際には、スイッチ４をオフにする。電源１２から直流負荷１０への電力供給を停止した後、スイッチ４をオンにすることにより、平滑コンデンサ３に蓄えられた電荷を、スイッチ４および第１リアクトル２１を通して放電する。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、平滑コンデンサを放電する機能を備えた電源装置に関する。
【背景技術】
【０００２】
従来から、図１２に示すごとく、インバータ９１と電源９２との間に設けた電源装置９０が知られている（下記特許文献１、２、３、４参照）。この電源装置９０は、整流回路９６と、コンデンサ９３と、スイッチ９４と、放電抵抗９５とを備える。スイッチ９４と放電抵抗９５とは直列に接続されて直列体９９を構成している。コンデンサ９３と直列体９９とは、インバータ９１に対して並列に接続されている。また、電源９２と電源装置９０との間には、リレー９８が設けられている。
【０００３】
インバータ９１を稼動する際には、スイッチ９４をオフにした状態で、リレー９８をオンにする。このようにすると、電源９２から交流電力が供給される。交流電力は、整流回路９６によって整流され、コンデンサ９３によって平滑化される。これにより、インバータ９１に直流電力を供給するようになっている。
【０００４】
インバータ９１への電力供給を停止する際には、まず、リレー９８をオフにする。この後、感電事故を防止するため、コンデンサ９３に蓄えられた電荷を速やかに放電する必要がある。そのため、スイッチ９４をオンにし、コンデンサ９３に蓄えられた電荷を、放電抵抗９５を通して放電させる。
【０００５】
電源装置９０では、コンデンサ９３に蓄えられた電荷を短時間で放電するため、抵抗値の小さな放電抵抗９５を用いている。すなわち、抵抗値の小さな放電抵抗９５を用いることにより、放電抵抗９５に大きな電流が流れるようにし、上記電荷を短時間で放電させている。
【先行技術文献】
【特許文献】
【０００６】
【特許文献１】特開平３−１４５９７１号公報
【特許文献２】特開２０１０−２２０２８７号公報
【特許文献３】特開平７−３２２５２５号公報
【特許文献４】特開２００９−２７３２８６号公報
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【０００７】
ところが、従来の電源装置９０は、放電抵抗９５に大きな電流を流すと、放電抵抗９５の発熱量が大きくなり、温度が上昇しやすくなるという問題があった。そのため、熱容量が大きい放電抵抗９５を使用して、放電抵抗９５の温度上昇を抑制する必要があった。熱容量が大きな抵抗はサイズが大きいため、電源装置９０が大型化したり、製造コストが上昇したりする問題があった。
【０００８】
本発明は、かかる問題点に鑑みてなされたもので、コンデンサに蓄えた電荷を効率的に放電でき、小型化が容易な電源装置を提供しようとするものである。
【課題を解決するための手段】
【０００９】
本発明は、直流負荷に接続され、電源から上記直流負荷に電力を供給するための一対の電力ラインと、
該一対の電力ラインの間に、上記直流負荷に並列になるよう接続されたスイッチング素子、および、上記一対の電力ラインのうち一方の電力ラインに、上記直流負荷に直列になるよう接続された第１リアクトルを有し、上記電源の電圧を昇圧する昇圧部と、
上記一対の電力ラインの間に、上記直流負荷に並列になるよう接続された平滑コンデンサと、
上記電力ラインにおける、上記スイッチング素子と上記平滑コンデンサとの間に設けられた放電防止用ダイオードとを備え、
上記平滑コンデンサの両端子のうち、上記第１リアクトルを設けた上記電力ラインとは反対側の電力ラインに接続した端子と、上記第１リアクトルの上記電源側の端子との間は、スイッチを介して電気的に接続され、
上記スイッチをオフにした状態で上記電源から上記直流負荷へ電力を供給し、
上記電源から上記直流負荷への電力供給を停止した後、上記スイッチをオンにすることにより、上記平滑コンデンサに蓄えられた電荷を、上記スイッチおよび上記第１リアクトルを通して放電するよう構成されていることを特徴とする電源装置にある（請求項１）。
【発明の効果】
【００１０】
上記電源装置においては、上記スイッチをオンすることにより、平滑コンデンサに蓄えられた電荷を上記第１リアクトルに流して放電するよう構成されている。
このようにすると、第１リアクトルの抵抗成分を使って、上記電荷を放電することが可能になる。すなわち、上記スイッチをオンすると、平滑コンデンサと第１リアクトルとが直列に接続された閉回路が形成されるため、平滑コンデンサに蓄えられた電荷は放電電流となり、第１リアクトルを流れる。そして、第１リアクトルの抵抗成分によって放電電流が減衰する。これにより、上記電荷を放電できる。
【００１１】
第１リアクトルは、昇圧部を構成する部品であるため、サイズが比較的大きく、熱容量が大きいものが用いられる。そのため、第１リアクトルに大きな電流を流して発熱した場合でも、温度上昇は少なくてすむ。従って、平滑コンデンサの放電時に、第１リアクトルに大きな電流を流すことができ、平滑コンデンサを短時間で放電させることができる。そのため、感電事故等を防止しやすくなる。
【００１２】
また、上記構成によると、昇圧部を構成する第１リアクトルを、平滑コンデンサの放電に利用するため、放電専用のリアクトルや抵抗を別途設ける必要がない。そのため、電源装置を小型化でき、また、製造コストを低減することが可能となる。
【００１３】
以上のごとく、本発明によれば、コンデンサに蓄えた電荷を効率的に放電でき、小型化が容易な電源装置を提供することができる。
【図面の簡単な説明】
【００１４】
【図１】実施例１における、電源装置の回路図。
【図２】実施例１における、スイッチをオンした直後の、平滑コンデンサの両端電圧および第１リアクトルに流れる電流のシミュレーション結果。
【図３】実施例１における、電源装置を充電装置に用いた場合の回路図。
【図４】実施例２における、電源装置の回路図。
【図５】実施例３における、電源装置の回路図。
【図６】実施例４における、電源装置の回路図。
【図７】実施例４における、スイッチをオンした直後の、平滑コンデンサの両端電圧および放電用ダイオードに流れる電流のシミュレーション結果。
【図８】図７の要部拡大図。
【図９】実施例５における、電源装置の回路図。
【図１０】実施例６における、電源装置の回路図。
【図１１】実施例６における、正側の電力ラインに第１リアクトルを設けた電源装置の回路図。
【図１２】従来例における、電源装置の回路図。
【発明を実施するための形態】
【００１５】
上述した本発明における好ましい実施の形態につき説明する。
上記電源装置は、車載用の電力変換装置（インバータ）や充電装置に適用することができる。
【００１６】
上記電源装置において、上記平滑コンデンサは電解コンデンサであり、該平滑コンデンサに放電用ダイオードが並列接続されており、該放電用ダイオードのカソード端子は、上記平滑コンデンサの、正電圧が加わる端子に接続され、上記放電用ダイオードのアノード端子は、上記平滑コンデンサの、負電圧が加わる端子に接続されていることが好ましい（請求項２）。
この場合には、平滑コンデンサとして電解コンデンサを用いることが可能になる。これにより、平滑コンデンサの容量を大きくすることができ、直流負荷に加わる電圧を平滑化しやすくなる。
また、上述のように放電用ダイオードを電解コンデンサに並列接続すると、電解コンデンサが故障しにくくなる。すなわち、電解コンデンサは、正極端子と負極端子とが決められており、逆に電圧を加えると故障することがある。ここで仮に、上記放電用ダイオードを設けなかったとすると、スイッチをオンにした後、電解コンデンサと第１リアクトルとによってＬＣ共振が起きるため、電解コンデンサの電極端子に逆に電圧が加わる。そのため、電解コンデンサが故障するという問題が生じる。
そこで、上述のように放電用ダイオードを電解コンデンサに並列接続することにより、放電電流が放電用ダイオードを流れ、電解コンデンサの電極端子に逆に電圧が加わることを防止できる。これにより、電解コンデンサの故障を防止できる。
【００１７】
また、上記昇圧部は、上記一対の電力ラインのうち、上記第１リアクトルを設けた電力ラインとは反対側の電力ラインに、第２リアクトルを備えることが好ましい（請求項３）。
この場合には、昇圧部の全体のインダクタンスは、第１リアクトルのインダクタンスと、第２リアクトルのインダクタンスとを足し合わせた値となる。そのため、１個のリアクトルのみを用いた場合と比較して、第１リアクトルと第２リアクトルのインダクタンスを、それぞれ半分にすることが可能になる。そのため、第１リアクトルの抵抗成分を小さくすることができ、平滑コンデンサの放電時に、第１リアクトルに大きな放電電流を流すことが可能になる。これにより、平滑コンデンサに蓄えられた電荷を短時間で放電することができる。
【００１８】
また、上記第１リアクトルの上記電源側の端子と、上記第２リアクトルの上記電源側の端子との間にフィルタコンデンサが接続しており、上記電源から上記直流負荷への電力供給を停止した後、上記スイッチをオンにすることにより、上記平滑コンデンサに蓄えられた電荷を上記第１リアクトルに流して放電すると共に、上記フィルタコンデンサに蓄えられた電荷を上記第２リアクトルに流して放電するよう構成されていることが好ましい（請求項４）。
この場合には、平滑コンデンサとフィルタコンデンサとの、２つのコンデンサを備えている場合においても、各々のコンデンサを、放電抵抗を使用することなく放電させることができる。すなわち、平滑コンデンサは第１リアクトルを使って放電でき、フィルタコンデンサは第２リアクトルを使って放電できる。これら２つのリアクトルは、昇圧部を構成する部品である。そのため、放電専用のリアクトルや抵抗を別途設ける必要がなくなり、電源装置を小型化できると共に、電源装置の製造コストを低減することが可能となる。
【００１９】
また、上記スイッチは半導体スイッチであることが好ましい（請求項５）。
この場合には、機械式リレーを用いた場合と比較して、スイッチを小型化することができる。
【実施例】
【００２０】
（実施例１）
本発明の実施例にかかる電源装置につき、図１〜図３を用いて説明する。
図１に示すごとく、本例の電源装置１は、一対の電力ライン１１と、昇圧部２と、平滑コンデンサ３と、放電防止用ダイオード５とを備える。
電力ライン１１は、直流負荷１０に接続している。電力ライン１１には、正側の電力ライン１１ｐと、負側の電力ライン１１ｎとがある。
昇圧部２は、スイッチング素子２３および第１リアクトル２１を有する。スイッチング素子２３は、一対の電力ライン１１ｐ，１１ｎの間に、直流負荷１０に並列になるよう接続されている。第１リアクトル２１は、負側の電力ライン１１ｎに、直流負荷１０に直列になるよう接続されている。昇圧部２は、電源１２の電圧を昇圧する。
【００２１】
平滑コンデンサ３は、一対の電力ライン１１ｐ，１１ｎの間に、直流負荷１０に並列になるよう接続されている。
放電防止用ダイオード５は、正側の電力ライン１１ｐにおける、スイッチング素子２３と平滑コンデンサ３との間に設けられている。
【００２２】
平滑コンデンサ３の両端子３０，３１のうち、第１リアクトル２１を設けた電力ライン１１（負側の電力ライン１１ｎ）とは反対側の電力ライン１１（正側の電力ライン１１ｐ）に接続した端子３０と、第１リアクトル２１の電源１２側の端子２１０との間は、スイッチ４を介して電気的に接続されている。
電源１２から直流負荷１０へ電力を供給する際には、スイッチ４をオフにする。そして、電源１２から直流負荷１０への電力供給を停止した後、リレー８をオフし、スイッチ４をオンにすることにより、平滑コンデンサ３に蓄えられた電荷を、スイッチ４および第１リアクトル２１を通して放電する。
【００２３】
本例では、電源１２として交流電源を用いている。電源装置１は、電源１２から供給される交流電力を整流するための整流回路１３を備える。整流回路１３と電源１２との間には、リレー８が設けられている。整流回路１３と直流負荷１０とは、上記電力ライン１１ｐ，１１ｎによって接続されている。
【００２４】
上述したように、昇圧部２は、電力ライン１１ｐ，１１ｎ間に設けたスイッチング素子２３と、負側の電力ライン１１ｎに設けた第１リアクトル２１とから構成されている。本例では、スイッチング素子２３としてＩＧＢＴ素子を用いている。スイッチング素子２３のコレクタ端子は正側の電力ライン１１ｐに接続しており、エミッタ端子は負側の電力ライン１１ｎに接続している。スイッチング素子２３のゲート端子は、図示しない制御回路に接続している。制御回路は、スイッチング素子２３のスイッチング動作を制御している。スイッチング素子２３と負側の電力ライン１１ｎとの接続点２３０と、整流回路１３との間に、上記第１リアクトル２１が設けられている。
【００２５】
また、正側の電力ライン１１ｐとスイッチング素子２３との接続点２３１と、正側の電力ライン１１ｐと平滑コンデンサ３との接続点３００との間には、放電防止用ダイオード５が設けられている。放電防止用ダイオード５のアノード端子はスイッチング素子２３側に接続しており、カソード端子は平滑コンデンサ３側に接続している。
【００２６】
また、上記接続点３００と、第１リアクトル２１の電源１２側の端子２１０との間は、導線４０によって接続されている。導線４０にはスイッチ４が設けられている。スイッチ４のオンオフ制御も、上記制御回路によって行われる。
【００２７】
直流負荷１０を稼動する際には、スイッチ４をオフにした状態で、リレー８をオンにする。このようにすると、電源１２から電源装置１に交流電力が供給され、整流回路１３によって全波整流される。電源装置１は、上述した制御回路によって、スイッチング素子２３をオンオフ動作させている。これにより、電源１２の電圧を昇圧している。
本例の昇圧部２は、いわゆるＰＦＣ回路の一部を構成している。このＰＦＣ回路によって、電源１２の電圧を昇圧すると共に、電源１２から供給する電力の力率を高めている。
【００２８】
平滑コンデンサ３は、昇圧部２によって昇圧した電圧を平滑化する。これにより、直流負荷１０に直流電力を供給するようになっている。なお、放電防止用ダイオード５は、スイッチング素子２３をオンにした際に、平滑コンデンサ３に蓄えた電荷がスイッチング素子２３を通って放電することを防止している。
【００２９】
電源１２から直流負荷１０への電力供給を停止するには、まず、リレー８をオフにする。その後、スイッチ４をオンにして、平滑コンデンサとスイッチ４と第１リアクトル２１とからなる閉回路を形成する。このようにすると、平滑コンデンサ３と第１リアクトル２１との間でＬＣ共振が起きる。すなわち、平滑コンデンサ３に蓄えられた電荷は放電電流となり、スイッチ４、導線４０、第１リアクトル２１を流れる。そして、放電電流は平滑コンデンサ３に蓄積され、スイッチ４をオンにする前とは逆の電圧が平滑コンデンサ３にかかるようになる。その後、平滑コンデンサ３に蓄積した電荷は、再び放電電流となり、第１リアクトル２１、導線４０、スイッチ４を通って流れ、平滑コンデンサ３に再度、蓄積される。これを何度も繰り返すうちに、第１リアクトル２１の抵抗成分によって放電電流が減衰し、電荷が消滅する。
【００３０】
スイッチ４をオンにした直後の、第１リアクトル２１に流れる電流と、平滑コンデンサ３の両端電圧との時間的変化を、シミュレーションによって算出した結果を図２に示す。このシミュレーションでは、平滑コンデンサ３の容量を２ｍＦとし、第１リアクトル２１のインダクタンスを２００μＨとし、第１リアクトル２１の抵抗成分を２０ｍΩとし、平滑コンデンサ３の初期電圧を４００Ｖとした。図２に示すごとく、第１リアクトル２１に流れる電流（放電電流）は、スイッチ４をオンするとＬＣ共振しながら減衰し、約１００ｍ秒後に、略０Ａになる。すなわち、約１００ｍ秒で充分に放電できることが分かる。
【００３１】
本例の電源装置１は、例えば図３に示すごとく、充電装置１００に用いることができる。この充電装置１００は、ハイブリッド車や電気自動車等に搭載したバッテリー１８を、家庭に配された商用電源のコンセントから充電するための装置である。充電装置１００は、直流負荷１０として、複数のＩＧＢＴ素子１４からなるＨ型ブリッジ回路１４０と、トランス１５と、ダイオードブリッジ１６と、コンデンサ１７とを備える。ＩＧＢＴ素子１４のゲート端子は、上述した制御回路に接続している。
【００３２】
充電装置１００を使用する際には、スイッチ４をオフにした状態で、リレー８及びバッテリー側リレー１９をオンにする。充電装置１００は、Ｈ型ブリッジ回路１４０のＩＧＢＴ素子１４をオンオフ動作させることにより、入力された直流電力を交流電力に変換する。そして、トランス１５を使って変圧する。
【００３３】
トランス１５の二次電圧は、ダイオードブリッジ１６によって全波整流され、コンデンサ１７によって平滑化される。これにより、直流電力を得て、バッテリー１８を充電している。
なお、本例では、バッテリー１８の充電状態に応じて、バッテリー１８に印加する電圧を調整するようになっている。すなわち、バッテリー１８の充電量が少ない場合は低電圧で充電し、バッテリー１８の充電量が多い場合は高電圧で充電する。このような電圧の調整は、Ｈ型ブリッジ回路１４０のＩＧＢＴ素子１４がオンする時間を制御することにより行う。
【００３４】
本例の作用効果について説明する。本例では、図１に示すごとく、昇圧部２を構成する第１リアクトル２１の電源１２側の端子２１０と、平滑コンデンサ３の両端子３０，３１のうち、第１リアクトル２１を設けた電力ライン１１（負側の電力ライン１１ｎ）とは反対側の電力ライン１１（正側の電力ライン１１ｐ）に接続した端子３０との間を、スイッチ４を介して電気的に接続した。そして、直流負荷１０へ電力を供給する際にはスイッチ４をオフにしておき、直流負荷１０への電力供給を停止した後にスイッチ４をオンにするよう構成した。
【００３５】
このようにすると、スイッチ４をオンにした場合に、平滑コンデンサ３と第１リアクトル２１とが直列に接続された閉回路が形成されるため、平滑コンデンサ３に蓄えられた電荷が放電電流となって第１リアクトル２１を流れる。そして、第１リアクトル２１の抵抗成分によって放電電流が減衰する。これにより、電荷を放電させることができる。
第１リアクトル２１は、昇圧部２を構成する部品であるため、サイズが比較的大きく、熱容量が大きいものが用いられる。そのため、第１リアクトル２１に大きな電流を流して発熱した場合でも、温度上昇は少なくてすむ。従って、平滑コンデンサ３の放電時に、第１リアクトル２１に大きな放電電流を流すことができ、平滑コンデンサ３を短時間で放電させることができる。そのため、感電事故等を防止しやすくなる。
【００３６】
また、本例では、昇圧部２を構成する第１リアクトル２１を、平滑コンデンサ３の放電に利用するため、放電専用のリアクトルや抵抗を別途設ける必要がない。そのため、電源装置１を小型化でき、また、製造コストを低減することが可能となる。
【００３７】
以上のごとく、本発明によれば、コンデンサに蓄えた電荷を効率的に放電でき、小型化が容易な電源装置を提供することができる。
【００３８】
なお、本例のスイッチ４は機械式リレーであるが、ＩＧＢＴ素子等の半導体スイッチを用いてもよい。半導体スイッチを用いる場合は、スイッチ４を小型化することができる。
【００３９】
（実施例２）
本例は、図４に示すごとく、電源装置１を電力変換装置１０１（回生機能のない昇圧コンバータとインバータ装置）に用いた例である。電力変換装置１０１の電源１２は、ハイブリッド車や電気自動車等の車両に搭載されたバッテリー（直流電源）である。電力変換装置１０１は、直流負荷１０として、複数のＩＧＢＴ素子１４からなるインバータ１０３を備える。インバータ１０３は、上記車両に搭載された三相交流モータ１０２に接続している。
【００４０】
電力変換装置１０１を稼動する際には、まずリレー８をオンにする。そして、昇圧部２を使って、電源１２の電圧を昇圧し、平滑コンデンサ３によって平滑化する。これにより、インバータ１０３に直流電力を供給する。インバータ１０３は、ＩＧＢＴ素子１４をオンオフ動作することにより、直流電力を交流電力に変換する。これにより、三相交流モータ１０２を駆動して、上記車両を走行させている。
その他、実施例１と同様の構成および作用効果を備える。
【００４１】
（実施例３）
本例は、図５に示すごとく、第１リアクトルを正側の電力ライン１１ｐに設けた例である。この電源装置１では、正側の電力ライン１１ｐにおける、スイッチング素子２３と整流回路１３との間に、第１リアクトル２１が設けられている。また、負側の電力ライン１１ｎにおける、平滑コンデンサ３とスイッチング素子２３との間に、放電防止用ダイオード５が設けられている。放電防止用ダイオード５のアノード端子は、平滑コンデンサ３側に接続しており、カソード端子は、スイッチング素子２３側に接続している。
【００４２】
また、平滑コンデンサ３と負側の電力ライン１１ｎとの接続点３０１と、第１リアクトル２１の電源１２側の端子２１０との間は、導線４０によって接続されている。導線４０には、スイッチ４が設けられている。
その他、実施例１と同様の構成および作用効果を備える。
【００４３】
（実施例４）
本例は、図６に示すごとく、平滑コンデンサ３として電解コンデンサを用いた例である。本例では、平滑コンデンサ３に放電用ダイオード６が並列接続されている。放電用ダイオード６のカソード端子は、平滑コンデンサ３の、正電圧が加わる端子３０に接続されている。また、放電用ダイオード６のアノード端子は、平滑コンデンサ３の、負電圧が加わる端子３１に接続されている。
【００４４】
電源１２から直流負荷１０に電力を供給する際には、実施例１と同様に、スイッチ４をオフにした状態で、リレー８をオンにする。また、直流負荷１０への電力供給を停止する場合は、リレー８をオフにし、続いてスイッチ４をオンにする。
ここで仮に、放電用ダイオード６を設けなかったとすると、スイッチ４をオンにした後、平滑コンデンサ３に蓄えられた電荷は放電電流となってスイッチ４、第１リアクトル２１を流れる。そして、放電電流は平滑コンデンサ３に蓄積され、スイッチ４をオンにする前とは逆の電圧が平滑コンデンサ３（電解コンデンサ）にかかるようになる。電解コンデンサは、正電圧と負電圧を加える端子が予め決められており、逆に印加すると故障するという問題がある。
【００４５】
しかしながら、上述のように放電用ダイオード６を平滑コンデンサ３に並列接続すると、放電電流が放電用ダイオード６を通って流れるため、平滑コンデンサ３の電極端子３０，３１間に逆に電圧が加わることを防止できる。これにより、平滑コンデンサ３（電解コンデンサ）の故障を防止できる。
平滑コンデンサ３の放電電流は、スイッチ４、導線４０、第１リアクトル２１、負側の電力線１１ｎ、放電用ダイオード６からなる閉回路内を循環する。そして、第１リアクトル２１等の抵抗成分によって放電電流は次第に減衰していく。
【００４６】
スイッチ４をオンにした直後の、放電用ダイオード６に流れる電流と、平滑コンデンサ３の両端電圧との時間的変化を、シミュレーションによって算出した結果を図７、図８に示す。このシミュレーションでは、平滑コンデンサ３の容量を２ｍＦとし、第１リアクトル２１のインダクタンスを２００μＨとし、第１リアクトル２１の抵抗成分を２０ｍΩとし、平滑コンデンサ３の初期電圧を４００Ｖとした。図７、図８に示すごとく、平滑コンデンサ３の両端電圧は、スイッチ４をオンしてから約１ｍ秒後に、略０Ｖまで低下する。すなわち、約１ｍ秒で充分に放電できることが分かる。
その他、実施例１と同様の構成を備える。
【００４７】
本例の作用効果について説明する。本例では、放電用ダイオード６によって、平滑コンデンサ３の端子３０，３１に逆に電圧が加わることを防止できるため、平滑コンデンサ３として電解コンデンサを用いた場合でも、故障させずに使用することが可能になる。電解コンデンサは容量が大きいため、直流負荷に加わる電圧を平滑化しやすくなる。
その他、実施例１と同様の作用効果を備える。
【００４８】
（実施例５）
本例は、図９に示すごとく、２個のリアクトル２１，２２を設けた例である。本例では、負側の電力ライン１１ｎに第１リアクトル２１を設け、正側の電力ライン１１ｐに第２リアクトル２２を設けた。また、実施例１と同様に、第１リアクトル２１の電源１２側の端子２１０と、平滑コンデンサ３の両端子３０，３１のうち、第１リアクトル２１を設けた電力ライン１１（負側の電力ライン１１ｎ）とは反対側の電力ライン１１（正側の電力ライン１１ｐ）に接続した端子３０との間を、スイッチ４を介して電気的に接続した。
その他、実施例１と同様の構成を備える。
【００４９】
本例の作用効果について説明する。
この場合には、昇圧部２の全体のインダクタンスは、第１リアクトル２１のインダクタンスと、第２リアクトル２２のインダクタンスとを足し合わせた値となる。そのため、１個のリアクトルのみを用いた場合と比較して、第１リアクトル２１と第２リアクトル２２のインダクタンスを、それぞれ半分にすることが可能になる。そのため、第１リアクトル２１の抵抗成分を小さくすることができ、平滑コンデンサ３の放電時に、第１リアクトル２１に大きな放電電流を流すことが可能になる。これにより、平滑コンデンサ３に蓄えられた電荷を短時間で放電することができる。
その他、実施例１と同様の作用効果を備える。
【００５０】
（実施例６）
本例は、図１０に示すごとく、回生可能な昇圧コンバータとインバータを想定し、コンデンサの数を増やした例である。本例では、実施例５と同様に、負側の電力ライン１１ｎに第１リアクトル２１を設け、正側の電力ライン１１ｐに第２リアクトル２２を設けてある。第１リアクトル２１の電源１２側の端子２１０と、第２リアクトル２２の電源１２側の端子２２０との間に、電源１２の電圧を安定化するためのフィルタコンデンサ７が設けられている。
【００５１】
一対の電力ライン１１ｐ，１１ｎの間に、スイッチング素子２３が設けられている。スイッチング素子２３には、フリーホイールダイオード２３５が接続している。本例では、第１リアクトル２１と、第２リアクトル２２と、スイッチング素子２３とによって、昇圧部２を構成している。
【００５２】
また、実施例１と同様に、正側の電力ライン１１ｐには、スイッチング素子２３と平滑コンデンサ３との間に、放電防止用ダイオード５が設けられている。放電防止用ダイオード５には、補助スイッチング素子２４が並列接続している。本例では、補助スイッチング素子２４としてＩＧＢＴ素子を用いている。
【００５３】
正側の電力ライン１１ｐと平滑コンデンサ３との接続点３００と、第１リアクトル２１の電源１２側の端子２１０との間は、導線４０によって電気的に接続されている。この導線４０に、スイッチ４が設けられている。
スイッチ４をオンにすると、平滑コンデンサ３と、スイッチ４と、導線４０と、第１リアクトル２１と、負側の電力ライン１１ｎの一部とによって閉回路が形成される。また、フィルタコンデンサ７と、第２リアクトル２２と、補助スイッチング素子２４及び放電防止用ダイオード５と、スイッチ４と、導線４０とによって、別の閉回路が形成される。
【００５４】
本例では、直流負荷１０として、複数のＩＧＢＴ素子１４からなるインバータ１０３を備える。また、電源１２は、車載バッテリー等の直流電源である。インバータ１０３を駆動する際には、リレー８をオンにする。そして、スイッチング素子２３をオンオフ動作させることにより、電源１２の電圧を昇圧する。昇圧後の電流は、放電防止用ダイオード５を流れ、平滑コンデンサ３によって平滑化される。
インバータ１０３は、ＩＧＢＴ素子１４をスイッチング動作することにより、入力された直流電力を交流電力に変換する。そして、得られた交流電力によって三相交流モータ１０２を駆動する。
【００５５】
電源１２からインバータ１０３への電力供給を停止する場合には、まず、リレー８をオフにする。その後、スイッチ４及び補助スイッチング素子２４をオンにする。このようにすると、平滑コンデンサ３に蓄えられた電荷は、放電電流となってスイッチ４、導線４０、第１リアクトル２１を流れる。そして、平滑コンデンサ３と第１リアクトル２１とによってＬＣ共振が起き、第１リアクトル２１の抵抗成分によって放電電流は減衰していく。これにより、平滑コンデンサ３の電荷は放電される。
【００５６】
また、フィルタコンデンサ７に蓄えられた電荷は、放電電流となって第２リアクトル２２、放電防止ダイオード５、スイッチ４、導線４０を流れる。そして、フィルタコンデンサ７と第２リアクトル２２とによってＬＣ共振が起き、第２リアクトル２２の抵抗成分によって放電電流は減衰していく。これにより、フィルタコンデンサ７の電荷は放電される。
【００５７】
なお、上記電源装置１では、フィルタコンデンサ７と第２リアクトル２２との間でＬＣ共振が起きるため、補助スイッチング素子２４をオンにしているが、フィルタコンデンサ７に図示しない放電用ダイオード（図６参照）を接続する場合は、ＬＣ共振が起きないため、補助スイッチング素子２４をオンにする必要はない。
【００５８】
また、上記電源装置１は、負側の電力ライン１１ｎに第１リアクトル２１を設け、正側の電力ライン１１ｐに第２リアクトル２２を設けたが、図１１に示すごとく、正側の電力ライン１１ｐに第１リアクトル２１を設け、負側の電力ライン１１ｎに第２リアクトル２２を設けてもよい。この場合には、平滑コンデンサ３の、負側の電力ライン１１ｎに接続した端子３１と、第１リアクトル２１の電源１２側の端子２１０との間を、スイッチ４を介して電気的に接続する。電源１２から直流負荷１０への電力供給を停止した後、スイッチ４及び補助スイッチング素子２４をオンにすると、平滑コンデンサ３に蓄えられた電荷は、放電電流となってスイッチ４、第１リアクトル２１、放電防止用ダイオード５を流れ、ＬＣ共振をしながら次第に減衰する。また、フィルタコンデンサ７に蓄えられた電荷は、放電電流となってスイッチ４、第２リアクトル２２を流れ、ＬＣ共振しながら次第に減衰する。
その他、実施例１と同様の構成を備える。
【００５９】
本例の作用効果について説明する。本例では、平滑コンデンサ３とフィルタコンデンサ７との、２つのコンデンサを備えているが、この場合においても、各々のコンデンサ３，７を、放電抵抗を使用することなく放電させることができる。すなわち、平滑コンデンサ３は第１リアクトル２１を使って放電でき、フィルタコンデンサ７は第２リアクトル２２を使って放電できる。これら２つのリアクトル２１，２２は、昇圧部２を構成する部品である。そのため、放電専用のリアクトルや抵抗を別途設ける必要がなくなり、電源装置１を小型化できると共に、電源装置１の製造コストを低減することができる。
その他、実施例１と同様の作用効果を備える。
【符号の説明】
【００６０】
１ 電源装置
１２ 電源
２ 昇圧部
２１ 第１リアクトル
２２ 第２リアクトル
２３ スイッチング素子
２４ 補助スイッチング素子
３ 平滑コンデンサ
４ スイッチ
５ 放電防止用ダイオード
６ 放電用ダイオード
７ フィルタコンデンサ
【技術分野】
【０００１】
本発明は、平滑コンデンサを放電する機能を備えた電源装置に関する。
【背景技術】
【０００２】
従来から、図１２に示すごとく、インバータ９１と電源９２との間に設けた電源装置９０が知られている（下記特許文献１、２、３、４参照）。この電源装置９０は、整流回路９６と、コンデンサ９３と、スイッチ９４と、放電抵抗９５とを備える。スイッチ９４と放電抵抗９５とは直列に接続されて直列体９９を構成している。コンデンサ９３と直列体９９とは、インバータ９１に対して並列に接続されている。また、電源９２と電源装置９０との間には、リレー９８が設けられている。
【０００３】
インバータ９１を稼動する際には、スイッチ９４をオフにした状態で、リレー９８をオンにする。このようにすると、電源９２から交流電力が供給される。交流電力は、整流回路９６によって整流され、コンデンサ９３によって平滑化される。これにより、インバータ９１に直流電力を供給するようになっている。
【０００４】
インバータ９１への電力供給を停止する際には、まず、リレー９８をオフにする。この後、感電事故を防止するため、コンデンサ９３に蓄えられた電荷を速やかに放電する必要がある。そのため、スイッチ９４をオンにし、コンデンサ９３に蓄えられた電荷を、放電抵抗９５を通して放電させる。
【０００５】
電源装置９０では、コンデンサ９３に蓄えられた電荷を短時間で放電するため、抵抗値の小さな放電抵抗９５を用いている。すなわち、抵抗値の小さな放電抵抗９５を用いることにより、放電抵抗９５に大きな電流が流れるようにし、上記電荷を短時間で放電させている。
【先行技術文献】
【特許文献】
【０００６】
【特許文献１】特開平３−１４５９７１号公報
【特許文献２】特開２０１０−２２０２８７号公報
【特許文献３】特開平７−３２２５２５号公報
【特許文献４】特開２００９−２７３２８６号公報
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【０００７】
ところが、従来の電源装置９０は、放電抵抗９５に大きな電流を流すと、放電抵抗９５の発熱量が大きくなり、温度が上昇しやすくなるという問題があった。そのため、熱容量が大きい放電抵抗９５を使用して、放電抵抗９５の温度上昇を抑制する必要があった。熱容量が大きな抵抗はサイズが大きいため、電源装置９０が大型化したり、製造コストが上昇したりする問題があった。
【０００８】
本発明は、かかる問題点に鑑みてなされたもので、コンデンサに蓄えた電荷を効率的に放電でき、小型化が容易な電源装置を提供しようとするものである。
【課題を解決するための手段】
【０００９】
本発明は、直流負荷に接続され、電源から上記直流負荷に電力を供給するための一対の電力ラインと、
該一対の電力ラインの間に、上記直流負荷に並列になるよう接続されたスイッチング素子、および、上記一対の電力ラインのうち一方の電力ラインに、上記直流負荷に直列になるよう接続された第１リアクトルを有し、上記電源の電圧を昇圧する昇圧部と、
上記一対の電力ラインの間に、上記直流負荷に並列になるよう接続された平滑コンデンサと、
上記電力ラインにおける、上記スイッチング素子と上記平滑コンデンサとの間に設けられた放電防止用ダイオードとを備え、
上記平滑コンデンサの両端子のうち、上記第１リアクトルを設けた上記電力ラインとは反対側の電力ラインに接続した端子と、上記第１リアクトルの上記電源側の端子との間は、スイッチを介して電気的に接続され、
上記スイッチをオフにした状態で上記電源から上記直流負荷へ電力を供給し、
上記電源から上記直流負荷への電力供給を停止した後、上記スイッチをオンにすることにより、上記平滑コンデンサに蓄えられた電荷を、上記スイッチおよび上記第１リアクトルを通して放電するよう構成されていることを特徴とする電源装置にある（請求項１）。
【発明の効果】
【００１０】
上記電源装置においては、上記スイッチをオンすることにより、平滑コンデンサに蓄えられた電荷を上記第１リアクトルに流して放電するよう構成されている。
このようにすると、第１リアクトルの抵抗成分を使って、上記電荷を放電することが可能になる。すなわち、上記スイッチをオンすると、平滑コンデンサと第１リアクトルとが直列に接続された閉回路が形成されるため、平滑コンデンサに蓄えられた電荷は放電電流となり、第１リアクトルを流れる。そして、第１リアクトルの抵抗成分によって放電電流が減衰する。これにより、上記電荷を放電できる。
【００１１】
第１リアクトルは、昇圧部を構成する部品であるため、サイズが比較的大きく、熱容量が大きいものが用いられる。そのため、第１リアクトルに大きな電流を流して発熱した場合でも、温度上昇は少なくてすむ。従って、平滑コンデンサの放電時に、第１リアクトルに大きな電流を流すことができ、平滑コンデンサを短時間で放電させることができる。そのため、感電事故等を防止しやすくなる。
【００１２】
また、上記構成によると、昇圧部を構成する第１リアクトルを、平滑コンデンサの放電に利用するため、放電専用のリアクトルや抵抗を別途設ける必要がない。そのため、電源装置を小型化でき、また、製造コストを低減することが可能となる。
【００１３】
以上のごとく、本発明によれば、コンデンサに蓄えた電荷を効率的に放電でき、小型化が容易な電源装置を提供することができる。
【図面の簡単な説明】
【００１４】
【図１】実施例１における、電源装置の回路図。
【図２】実施例１における、スイッチをオンした直後の、平滑コンデンサの両端電圧および第１リアクトルに流れる電流のシミュレーション結果。
【図３】実施例１における、電源装置を充電装置に用いた場合の回路図。
【図４】実施例２における、電源装置の回路図。
【図５】実施例３における、電源装置の回路図。
【図６】実施例４における、電源装置の回路図。
【図７】実施例４における、スイッチをオンした直後の、平滑コンデンサの両端電圧および放電用ダイオードに流れる電流のシミュレーション結果。
【図８】図７の要部拡大図。
【図９】実施例５における、電源装置の回路図。
【図１０】実施例６における、電源装置の回路図。
【図１１】実施例６における、正側の電力ラインに第１リアクトルを設けた電源装置の回路図。
【図１２】従来例における、電源装置の回路図。
【発明を実施するための形態】
【００１５】
上述した本発明における好ましい実施の形態につき説明する。
上記電源装置は、車載用の電力変換装置（インバータ）や充電装置に適用することができる。
【００１６】
上記電源装置において、上記平滑コンデンサは電解コンデンサであり、該平滑コンデンサに放電用ダイオードが並列接続されており、該放電用ダイオードのカソード端子は、上記平滑コンデンサの、正電圧が加わる端子に接続され、上記放電用ダイオードのアノード端子は、上記平滑コンデンサの、負電圧が加わる端子に接続されていることが好ましい（請求項２）。
この場合には、平滑コンデンサとして電解コンデンサを用いることが可能になる。これにより、平滑コンデンサの容量を大きくすることができ、直流負荷に加わる電圧を平滑化しやすくなる。
また、上述のように放電用ダイオードを電解コンデンサに並列接続すると、電解コンデンサが故障しにくくなる。すなわち、電解コンデンサは、正極端子と負極端子とが決められており、逆に電圧を加えると故障することがある。ここで仮に、上記放電用ダイオードを設けなかったとすると、スイッチをオンにした後、電解コンデンサと第１リアクトルとによってＬＣ共振が起きるため、電解コンデンサの電極端子に逆に電圧が加わる。そのため、電解コンデンサが故障するという問題が生じる。
そこで、上述のように放電用ダイオードを電解コンデンサに並列接続することにより、放電電流が放電用ダイオードを流れ、電解コンデンサの電極端子に逆に電圧が加わることを防止できる。これにより、電解コンデンサの故障を防止できる。
【００１７】
また、上記昇圧部は、上記一対の電力ラインのうち、上記第１リアクトルを設けた電力ラインとは反対側の電力ラインに、第２リアクトルを備えることが好ましい（請求項３）。
この場合には、昇圧部の全体のインダクタンスは、第１リアクトルのインダクタンスと、第２リアクトルのインダクタンスとを足し合わせた値となる。そのため、１個のリアクトルのみを用いた場合と比較して、第１リアクトルと第２リアクトルのインダクタンスを、それぞれ半分にすることが可能になる。そのため、第１リアクトルの抵抗成分を小さくすることができ、平滑コンデンサの放電時に、第１リアクトルに大きな放電電流を流すことが可能になる。これにより、平滑コンデンサに蓄えられた電荷を短時間で放電することができる。
【００１８】
また、上記第１リアクトルの上記電源側の端子と、上記第２リアクトルの上記電源側の端子との間にフィルタコンデンサが接続しており、上記電源から上記直流負荷への電力供給を停止した後、上記スイッチをオンにすることにより、上記平滑コンデンサに蓄えられた電荷を上記第１リアクトルに流して放電すると共に、上記フィルタコンデンサに蓄えられた電荷を上記第２リアクトルに流して放電するよう構成されていることが好ましい（請求項４）。
この場合には、平滑コンデンサとフィルタコンデンサとの、２つのコンデンサを備えている場合においても、各々のコンデンサを、放電抵抗を使用することなく放電させることができる。すなわち、平滑コンデンサは第１リアクトルを使って放電でき、フィルタコンデンサは第２リアクトルを使って放電できる。これら２つのリアクトルは、昇圧部を構成する部品である。そのため、放電専用のリアクトルや抵抗を別途設ける必要がなくなり、電源装置を小型化できると共に、電源装置の製造コストを低減することが可能となる。
【００１９】
また、上記スイッチは半導体スイッチであることが好ましい（請求項５）。
この場合には、機械式リレーを用いた場合と比較して、スイッチを小型化することができる。
【実施例】
【００２０】
（実施例１）
本発明の実施例にかかる電源装置につき、図１〜図３を用いて説明する。
図１に示すごとく、本例の電源装置１は、一対の電力ライン１１と、昇圧部２と、平滑コンデンサ３と、放電防止用ダイオード５とを備える。
電力ライン１１は、直流負荷１０に接続している。電力ライン１１には、正側の電力ライン１１ｐと、負側の電力ライン１１ｎとがある。
昇圧部２は、スイッチング素子２３および第１リアクトル２１を有する。スイッチング素子２３は、一対の電力ライン１１ｐ，１１ｎの間に、直流負荷１０に並列になるよう接続されている。第１リアクトル２１は、負側の電力ライン１１ｎに、直流負荷１０に直列になるよう接続されている。昇圧部２は、電源１２の電圧を昇圧する。
【００２１】
平滑コンデンサ３は、一対の電力ライン１１ｐ，１１ｎの間に、直流負荷１０に並列になるよう接続されている。
放電防止用ダイオード５は、正側の電力ライン１１ｐにおける、スイッチング素子２３と平滑コンデンサ３との間に設けられている。
【００２２】
平滑コンデンサ３の両端子３０，３１のうち、第１リアクトル２１を設けた電力ライン１１（負側の電力ライン１１ｎ）とは反対側の電力ライン１１（正側の電力ライン１１ｐ）に接続した端子３０と、第１リアクトル２１の電源１２側の端子２１０との間は、スイッチ４を介して電気的に接続されている。
電源１２から直流負荷１０へ電力を供給する際には、スイッチ４をオフにする。そして、電源１２から直流負荷１０への電力供給を停止した後、リレー８をオフし、スイッチ４をオンにすることにより、平滑コンデンサ３に蓄えられた電荷を、スイッチ４および第１リアクトル２１を通して放電する。
【００２３】
本例では、電源１２として交流電源を用いている。電源装置１は、電源１２から供給される交流電力を整流するための整流回路１３を備える。整流回路１３と電源１２との間には、リレー８が設けられている。整流回路１３と直流負荷１０とは、上記電力ライン１１ｐ，１１ｎによって接続されている。
【００２４】
上述したように、昇圧部２は、電力ライン１１ｐ，１１ｎ間に設けたスイッチング素子２３と、負側の電力ライン１１ｎに設けた第１リアクトル２１とから構成されている。本例では、スイッチング素子２３としてＩＧＢＴ素子を用いている。スイッチング素子２３のコレクタ端子は正側の電力ライン１１ｐに接続しており、エミッタ端子は負側の電力ライン１１ｎに接続している。スイッチング素子２３のゲート端子は、図示しない制御回路に接続している。制御回路は、スイッチング素子２３のスイッチング動作を制御している。スイッチング素子２３と負側の電力ライン１１ｎとの接続点２３０と、整流回路１３との間に、上記第１リアクトル２１が設けられている。
【００２５】
また、正側の電力ライン１１ｐとスイッチング素子２３との接続点２３１と、正側の電力ライン１１ｐと平滑コンデンサ３との接続点３００との間には、放電防止用ダイオード５が設けられている。放電防止用ダイオード５のアノード端子はスイッチング素子２３側に接続しており、カソード端子は平滑コンデンサ３側に接続している。
【００２６】
また、上記接続点３００と、第１リアクトル２１の電源１２側の端子２１０との間は、導線４０によって接続されている。導線４０にはスイッチ４が設けられている。スイッチ４のオンオフ制御も、上記制御回路によって行われる。
【００２７】
直流負荷１０を稼動する際には、スイッチ４をオフにした状態で、リレー８をオンにする。このようにすると、電源１２から電源装置１に交流電力が供給され、整流回路１３によって全波整流される。電源装置１は、上述した制御回路によって、スイッチング素子２３をオンオフ動作させている。これにより、電源１２の電圧を昇圧している。
本例の昇圧部２は、いわゆるＰＦＣ回路の一部を構成している。このＰＦＣ回路によって、電源１２の電圧を昇圧すると共に、電源１２から供給する電力の力率を高めている。
【００２８】
平滑コンデンサ３は、昇圧部２によって昇圧した電圧を平滑化する。これにより、直流負荷１０に直流電力を供給するようになっている。なお、放電防止用ダイオード５は、スイッチング素子２３をオンにした際に、平滑コンデンサ３に蓄えた電荷がスイッチング素子２３を通って放電することを防止している。
【００２９】
電源１２から直流負荷１０への電力供給を停止するには、まず、リレー８をオフにする。その後、スイッチ４をオンにして、平滑コンデンサとスイッチ４と第１リアクトル２１とからなる閉回路を形成する。このようにすると、平滑コンデンサ３と第１リアクトル２１との間でＬＣ共振が起きる。すなわち、平滑コンデンサ３に蓄えられた電荷は放電電流となり、スイッチ４、導線４０、第１リアクトル２１を流れる。そして、放電電流は平滑コンデンサ３に蓄積され、スイッチ４をオンにする前とは逆の電圧が平滑コンデンサ３にかかるようになる。その後、平滑コンデンサ３に蓄積した電荷は、再び放電電流となり、第１リアクトル２１、導線４０、スイッチ４を通って流れ、平滑コンデンサ３に再度、蓄積される。これを何度も繰り返すうちに、第１リアクトル２１の抵抗成分によって放電電流が減衰し、電荷が消滅する。
【００３０】
スイッチ４をオンにした直後の、第１リアクトル２１に流れる電流と、平滑コンデンサ３の両端電圧との時間的変化を、シミュレーションによって算出した結果を図２に示す。このシミュレーションでは、平滑コンデンサ３の容量を２ｍＦとし、第１リアクトル２１のインダクタンスを２００μＨとし、第１リアクトル２１の抵抗成分を２０ｍΩとし、平滑コンデンサ３の初期電圧を４００Ｖとした。図２に示すごとく、第１リアクトル２１に流れる電流（放電電流）は、スイッチ４をオンするとＬＣ共振しながら減衰し、約１００ｍ秒後に、略０Ａになる。すなわち、約１００ｍ秒で充分に放電できることが分かる。
【００３１】
本例の電源装置１は、例えば図３に示すごとく、充電装置１００に用いることができる。この充電装置１００は、ハイブリッド車や電気自動車等に搭載したバッテリー１８を、家庭に配された商用電源のコンセントから充電するための装置である。充電装置１００は、直流負荷１０として、複数のＩＧＢＴ素子１４からなるＨ型ブリッジ回路１４０と、トランス１５と、ダイオードブリッジ１６と、コンデンサ１７とを備える。ＩＧＢＴ素子１４のゲート端子は、上述した制御回路に接続している。
【００３２】
充電装置１００を使用する際には、スイッチ４をオフにした状態で、リレー８及びバッテリー側リレー１９をオンにする。充電装置１００は、Ｈ型ブリッジ回路１４０のＩＧＢＴ素子１４をオンオフ動作させることにより、入力された直流電力を交流電力に変換する。そして、トランス１５を使って変圧する。
【００３３】
トランス１５の二次電圧は、ダイオードブリッジ１６によって全波整流され、コンデンサ１７によって平滑化される。これにより、直流電力を得て、バッテリー１８を充電している。
なお、本例では、バッテリー１８の充電状態に応じて、バッテリー１８に印加する電圧を調整するようになっている。すなわち、バッテリー１８の充電量が少ない場合は低電圧で充電し、バッテリー１８の充電量が多い場合は高電圧で充電する。このような電圧の調整は、Ｈ型ブリッジ回路１４０のＩＧＢＴ素子１４がオンする時間を制御することにより行う。
【００３４】
本例の作用効果について説明する。本例では、図１に示すごとく、昇圧部２を構成する第１リアクトル２１の電源１２側の端子２１０と、平滑コンデンサ３の両端子３０，３１のうち、第１リアクトル２１を設けた電力ライン１１（負側の電力ライン１１ｎ）とは反対側の電力ライン１１（正側の電力ライン１１ｐ）に接続した端子３０との間を、スイッチ４を介して電気的に接続した。そして、直流負荷１０へ電力を供給する際にはスイッチ４をオフにしておき、直流負荷１０への電力供給を停止した後にスイッチ４をオンにするよう構成した。
【００３５】
このようにすると、スイッチ４をオンにした場合に、平滑コンデンサ３と第１リアクトル２１とが直列に接続された閉回路が形成されるため、平滑コンデンサ３に蓄えられた電荷が放電電流となって第１リアクトル２１を流れる。そして、第１リアクトル２１の抵抗成分によって放電電流が減衰する。これにより、電荷を放電させることができる。
第１リアクトル２１は、昇圧部２を構成する部品であるため、サイズが比較的大きく、熱容量が大きいものが用いられる。そのため、第１リアクトル２１に大きな電流を流して発熱した場合でも、温度上昇は少なくてすむ。従って、平滑コンデンサ３の放電時に、第１リアクトル２１に大きな放電電流を流すことができ、平滑コンデンサ３を短時間で放電させることができる。そのため、感電事故等を防止しやすくなる。
【００３６】
また、本例では、昇圧部２を構成する第１リアクトル２１を、平滑コンデンサ３の放電に利用するため、放電専用のリアクトルや抵抗を別途設ける必要がない。そのため、電源装置１を小型化でき、また、製造コストを低減することが可能となる。
【００３７】
以上のごとく、本発明によれば、コンデンサに蓄えた電荷を効率的に放電でき、小型化が容易な電源装置を提供することができる。
【００３８】
なお、本例のスイッチ４は機械式リレーであるが、ＩＧＢＴ素子等の半導体スイッチを用いてもよい。半導体スイッチを用いる場合は、スイッチ４を小型化することができる。
【００３９】
（実施例２）
本例は、図４に示すごとく、電源装置１を電力変換装置１０１（回生機能のない昇圧コンバータとインバータ装置）に用いた例である。電力変換装置１０１の電源１２は、ハイブリッド車や電気自動車等の車両に搭載されたバッテリー（直流電源）である。電力変換装置１０１は、直流負荷１０として、複数のＩＧＢＴ素子１４からなるインバータ１０３を備える。インバータ１０３は、上記車両に搭載された三相交流モータ１０２に接続している。
【００４０】
電力変換装置１０１を稼動する際には、まずリレー８をオンにする。そして、昇圧部２を使って、電源１２の電圧を昇圧し、平滑コンデンサ３によって平滑化する。これにより、インバータ１０３に直流電力を供給する。インバータ１０３は、ＩＧＢＴ素子１４をオンオフ動作することにより、直流電力を交流電力に変換する。これにより、三相交流モータ１０２を駆動して、上記車両を走行させている。
その他、実施例１と同様の構成および作用効果を備える。
【００４１】
（実施例３）
本例は、図５に示すごとく、第１リアクトルを正側の電力ライン１１ｐに設けた例である。この電源装置１では、正側の電力ライン１１ｐにおける、スイッチング素子２３と整流回路１３との間に、第１リアクトル２１が設けられている。また、負側の電力ライン１１ｎにおける、平滑コンデンサ３とスイッチング素子２３との間に、放電防止用ダイオード５が設けられている。放電防止用ダイオード５のアノード端子は、平滑コンデンサ３側に接続しており、カソード端子は、スイッチング素子２３側に接続している。
【００４２】
また、平滑コンデンサ３と負側の電力ライン１１ｎとの接続点３０１と、第１リアクトル２１の電源１２側の端子２１０との間は、導線４０によって接続されている。導線４０には、スイッチ４が設けられている。
その他、実施例１と同様の構成および作用効果を備える。
【００４３】
（実施例４）
本例は、図６に示すごとく、平滑コンデンサ３として電解コンデンサを用いた例である。本例では、平滑コンデンサ３に放電用ダイオード６が並列接続されている。放電用ダイオード６のカソード端子は、平滑コンデンサ３の、正電圧が加わる端子３０に接続されている。また、放電用ダイオード６のアノード端子は、平滑コンデンサ３の、負電圧が加わる端子３１に接続されている。
【００４４】
電源１２から直流負荷１０に電力を供給する際には、実施例１と同様に、スイッチ４をオフにした状態で、リレー８をオンにする。また、直流負荷１０への電力供給を停止する場合は、リレー８をオフにし、続いてスイッチ４をオンにする。
ここで仮に、放電用ダイオード６を設けなかったとすると、スイッチ４をオンにした後、平滑コンデンサ３に蓄えられた電荷は放電電流となってスイッチ４、第１リアクトル２１を流れる。そして、放電電流は平滑コンデンサ３に蓄積され、スイッチ４をオンにする前とは逆の電圧が平滑コンデンサ３（電解コンデンサ）にかかるようになる。電解コンデンサは、正電圧と負電圧を加える端子が予め決められており、逆に印加すると故障するという問題がある。
【００４５】
しかしながら、上述のように放電用ダイオード６を平滑コンデンサ３に並列接続すると、放電電流が放電用ダイオード６を通って流れるため、平滑コンデンサ３の電極端子３０，３１間に逆に電圧が加わることを防止できる。これにより、平滑コンデンサ３（電解コンデンサ）の故障を防止できる。
平滑コンデンサ３の放電電流は、スイッチ４、導線４０、第１リアクトル２１、負側の電力線１１ｎ、放電用ダイオード６からなる閉回路内を循環する。そして、第１リアクトル２１等の抵抗成分によって放電電流は次第に減衰していく。
【００４６】
スイッチ４をオンにした直後の、放電用ダイオード６に流れる電流と、平滑コンデンサ３の両端電圧との時間的変化を、シミュレーションによって算出した結果を図７、図８に示す。このシミュレーションでは、平滑コンデンサ３の容量を２ｍＦとし、第１リアクトル２１のインダクタンスを２００μＨとし、第１リアクトル２１の抵抗成分を２０ｍΩとし、平滑コンデンサ３の初期電圧を４００Ｖとした。図７、図８に示すごとく、平滑コンデンサ３の両端電圧は、スイッチ４をオンしてから約１ｍ秒後に、略０Ｖまで低下する。すなわち、約１ｍ秒で充分に放電できることが分かる。
その他、実施例１と同様の構成を備える。
【００４７】
本例の作用効果について説明する。本例では、放電用ダイオード６によって、平滑コンデンサ３の端子３０，３１に逆に電圧が加わることを防止できるため、平滑コンデンサ３として電解コンデンサを用いた場合でも、故障させずに使用することが可能になる。電解コンデンサは容量が大きいため、直流負荷に加わる電圧を平滑化しやすくなる。
その他、実施例１と同様の作用効果を備える。
【００４８】
（実施例５）
本例は、図９に示すごとく、２個のリアクトル２１，２２を設けた例である。本例では、負側の電力ライン１１ｎに第１リアクトル２１を設け、正側の電力ライン１１ｐに第２リアクトル２２を設けた。また、実施例１と同様に、第１リアクトル２１の電源１２側の端子２１０と、平滑コンデンサ３の両端子３０，３１のうち、第１リアクトル２１を設けた電力ライン１１（負側の電力ライン１１ｎ）とは反対側の電力ライン１１（正側の電力ライン１１ｐ）に接続した端子３０との間を、スイッチ４を介して電気的に接続した。
その他、実施例１と同様の構成を備える。
【００４９】
本例の作用効果について説明する。
この場合には、昇圧部２の全体のインダクタンスは、第１リアクトル２１のインダクタンスと、第２リアクトル２２のインダクタンスとを足し合わせた値となる。そのため、１個のリアクトルのみを用いた場合と比較して、第１リアクトル２１と第２リアクトル２２のインダクタンスを、それぞれ半分にすることが可能になる。そのため、第１リアクトル２１の抵抗成分を小さくすることができ、平滑コンデンサ３の放電時に、第１リアクトル２１に大きな放電電流を流すことが可能になる。これにより、平滑コンデンサ３に蓄えられた電荷を短時間で放電することができる。
その他、実施例１と同様の作用効果を備える。
【００５０】
（実施例６）
本例は、図１０に示すごとく、回生可能な昇圧コンバータとインバータを想定し、コンデンサの数を増やした例である。本例では、実施例５と同様に、負側の電力ライン１１ｎに第１リアクトル２１を設け、正側の電力ライン１１ｐに第２リアクトル２２を設けてある。第１リアクトル２１の電源１２側の端子２１０と、第２リアクトル２２の電源１２側の端子２２０との間に、電源１２の電圧を安定化するためのフィルタコンデンサ７が設けられている。
【００５１】
一対の電力ライン１１ｐ，１１ｎの間に、スイッチング素子２３が設けられている。スイッチング素子２３には、フリーホイールダイオード２３５が接続している。本例では、第１リアクトル２１と、第２リアクトル２２と、スイッチング素子２３とによって、昇圧部２を構成している。
【００５２】
また、実施例１と同様に、正側の電力ライン１１ｐには、スイッチング素子２３と平滑コンデンサ３との間に、放電防止用ダイオード５が設けられている。放電防止用ダイオード５には、補助スイッチング素子２４が並列接続している。本例では、補助スイッチング素子２４としてＩＧＢＴ素子を用いている。
【００５３】
正側の電力ライン１１ｐと平滑コンデンサ３との接続点３００と、第１リアクトル２１の電源１２側の端子２１０との間は、導線４０によって電気的に接続されている。この導線４０に、スイッチ４が設けられている。
スイッチ４をオンにすると、平滑コンデンサ３と、スイッチ４と、導線４０と、第１リアクトル２１と、負側の電力ライン１１ｎの一部とによって閉回路が形成される。また、フィルタコンデンサ７と、第２リアクトル２２と、補助スイッチング素子２４及び放電防止用ダイオード５と、スイッチ４と、導線４０とによって、別の閉回路が形成される。
【００５４】
本例では、直流負荷１０として、複数のＩＧＢＴ素子１４からなるインバータ１０３を備える。また、電源１２は、車載バッテリー等の直流電源である。インバータ１０３を駆動する際には、リレー８をオンにする。そして、スイッチング素子２３をオンオフ動作させることにより、電源１２の電圧を昇圧する。昇圧後の電流は、放電防止用ダイオード５を流れ、平滑コンデンサ３によって平滑化される。
インバータ１０３は、ＩＧＢＴ素子１４をスイッチング動作することにより、入力された直流電力を交流電力に変換する。そして、得られた交流電力によって三相交流モータ１０２を駆動する。
【００５５】
電源１２からインバータ１０３への電力供給を停止する場合には、まず、リレー８をオフにする。その後、スイッチ４及び補助スイッチング素子２４をオンにする。このようにすると、平滑コンデンサ３に蓄えられた電荷は、放電電流となってスイッチ４、導線４０、第１リアクトル２１を流れる。そして、平滑コンデンサ３と第１リアクトル２１とによってＬＣ共振が起き、第１リアクトル２１の抵抗成分によって放電電流は減衰していく。これにより、平滑コンデンサ３の電荷は放電される。
【００５６】
また、フィルタコンデンサ７に蓄えられた電荷は、放電電流となって第２リアクトル２２、放電防止ダイオード５、スイッチ４、導線４０を流れる。そして、フィルタコンデンサ７と第２リアクトル２２とによってＬＣ共振が起き、第２リアクトル２２の抵抗成分によって放電電流は減衰していく。これにより、フィルタコンデンサ７の電荷は放電される。
【００５７】
なお、上記電源装置１では、フィルタコンデンサ７と第２リアクトル２２との間でＬＣ共振が起きるため、補助スイッチング素子２４をオンにしているが、フィルタコンデンサ７に図示しない放電用ダイオード（図６参照）を接続する場合は、ＬＣ共振が起きないため、補助スイッチング素子２４をオンにする必要はない。
【００５８】
また、上記電源装置１は、負側の電力ライン１１ｎに第１リアクトル２１を設け、正側の電力ライン１１ｐに第２リアクトル２２を設けたが、図１１に示すごとく、正側の電力ライン１１ｐに第１リアクトル２１を設け、負側の電力ライン１１ｎに第２リアクトル２２を設けてもよい。この場合には、平滑コンデンサ３の、負側の電力ライン１１ｎに接続した端子３１と、第１リアクトル２１の電源１２側の端子２１０との間を、スイッチ４を介して電気的に接続する。電源１２から直流負荷１０への電力供給を停止した後、スイッチ４及び補助スイッチング素子２４をオンにすると、平滑コンデンサ３に蓄えられた電荷は、放電電流となってスイッチ４、第１リアクトル２１、放電防止用ダイオード５を流れ、ＬＣ共振をしながら次第に減衰する。また、フィルタコンデンサ７に蓄えられた電荷は、放電電流となってスイッチ４、第２リアクトル２２を流れ、ＬＣ共振しながら次第に減衰する。
その他、実施例１と同様の構成を備える。
【００５９】
本例の作用効果について説明する。本例では、平滑コンデンサ３とフィルタコンデンサ７との、２つのコンデンサを備えているが、この場合においても、各々のコンデンサ３，７を、放電抵抗を使用することなく放電させることができる。すなわち、平滑コンデンサ３は第１リアクトル２１を使って放電でき、フィルタコンデンサ７は第２リアクトル２２を使って放電できる。これら２つのリアクトル２１，２２は、昇圧部２を構成する部品である。そのため、放電専用のリアクトルや抵抗を別途設ける必要がなくなり、電源装置１を小型化できると共に、電源装置１の製造コストを低減することができる。
その他、実施例１と同様の作用効果を備える。
【符号の説明】
【００６０】
１ 電源装置
１２ 電源
２ 昇圧部
２１ 第１リアクトル
２２ 第２リアクトル
２３ スイッチング素子
２４ 補助スイッチング素子
３ 平滑コンデンサ
４ スイッチ
５ 放電防止用ダイオード
６ 放電用ダイオード
７ フィルタコンデンサ
【特許請求の範囲】
【請求項１】
直流負荷に接続され、電源から上記直流負荷に電力を供給するための一対の電力ラインと、
該一対の電力ラインの間に、上記直流負荷に並列になるよう接続されたスイッチング素子、および、上記一対の電力ラインのうち一方の電力ラインに、上記直流負荷に直列になるよう接続された第１リアクトルを有し、上記電源の電圧を昇圧する昇圧部と、
上記一対の電力ラインの間に、上記直流負荷に並列になるよう接続された平滑コンデンサと、
上記電力ラインにおける、上記スイッチング素子と上記平滑コンデンサとの間に設けられた放電防止用ダイオードとを備え、
上記平滑コンデンサの両端子のうち、上記第１リアクトルを設けた上記電力ラインとは反対側の電力ラインに接続した端子と、上記第１リアクトルの上記電源側の端子との間は、スイッチを介して電気的に接続され、
上記スイッチをオフにした状態で上記電源から上記直流負荷へ電力を供給し、
上記電源から上記直流負荷への電力供給を停止した後、上記スイッチをオンにすることにより、上記平滑コンデンサに蓄えられた電荷を、上記スイッチおよび上記第１リアクトルを通して放電するよう構成されていることを特徴とする電源装置。
【請求項２】
請求項１に記載の電源装置において、上記平滑コンデンサは電解コンデンサであり、該平滑コンデンサに放電用ダイオードが並列接続されており、該放電用ダイオードのカソード端子は、上記平滑コンデンサの、正電圧が加わる端子に接続され、上記放電用ダイオードのアノード端子は、上記平滑コンデンサの、負電圧が加わる端子に接続されていることを特徴とする電源装置。
【請求項３】
請求項１または請求項２に記載の電源装置において、上記昇圧部は、上記一対の電力ラインのうち、上記第１リアクトルを設けた電力ラインとは反対側の電力ラインに、第２リアクトルを備えることを特徴とする電源装置。
【請求項４】
請求項３に記載の電源装置において、上記第１リアクトルの上記電源側の端子と、上記第２リアクトルの上記電源側の端子との間にフィルタコンデンサが接続しており、上記電源から上記直流負荷への電力供給を停止した後、上記スイッチをオンにすることにより、上記平滑コンデンサに蓄えられた電荷を上記第１リアクトルに流して放電すると共に、上記フィルタコンデンサに蓄えられた電荷を上記第２リアクトルに流して放電するよう構成されていることを特徴とする電源装置。
【請求項５】
請求項１〜請求項４のいずれか１項に記載の電源装置において、上記スイッチは半導体スイッチであることを特徴とする電源装置。
【請求項１】
直流負荷に接続され、電源から上記直流負荷に電力を供給するための一対の電力ラインと、
該一対の電力ラインの間に、上記直流負荷に並列になるよう接続されたスイッチング素子、および、上記一対の電力ラインのうち一方の電力ラインに、上記直流負荷に直列になるよう接続された第１リアクトルを有し、上記電源の電圧を昇圧する昇圧部と、
上記一対の電力ラインの間に、上記直流負荷に並列になるよう接続された平滑コンデンサと、
上記電力ラインにおける、上記スイッチング素子と上記平滑コンデンサとの間に設けられた放電防止用ダイオードとを備え、
上記平滑コンデンサの両端子のうち、上記第１リアクトルを設けた上記電力ラインとは反対側の電力ラインに接続した端子と、上記第１リアクトルの上記電源側の端子との間は、スイッチを介して電気的に接続され、
上記スイッチをオフにした状態で上記電源から上記直流負荷へ電力を供給し、
上記電源から上記直流負荷への電力供給を停止した後、上記スイッチをオンにすることにより、上記平滑コンデンサに蓄えられた電荷を、上記スイッチおよび上記第１リアクトルを通して放電するよう構成されていることを特徴とする電源装置。
【請求項２】
請求項１に記載の電源装置において、上記平滑コンデンサは電解コンデンサであり、該平滑コンデンサに放電用ダイオードが並列接続されており、該放電用ダイオードのカソード端子は、上記平滑コンデンサの、正電圧が加わる端子に接続され、上記放電用ダイオードのアノード端子は、上記平滑コンデンサの、負電圧が加わる端子に接続されていることを特徴とする電源装置。
【請求項３】
請求項１または請求項２に記載の電源装置において、上記昇圧部は、上記一対の電力ラインのうち、上記第１リアクトルを設けた電力ラインとは反対側の電力ラインに、第２リアクトルを備えることを特徴とする電源装置。
【請求項４】
請求項３に記載の電源装置において、上記第１リアクトルの上記電源側の端子と、上記第２リアクトルの上記電源側の端子との間にフィルタコンデンサが接続しており、上記電源から上記直流負荷への電力供給を停止した後、上記スイッチをオンにすることにより、上記平滑コンデンサに蓄えられた電荷を上記第１リアクトルに流して放電すると共に、上記フィルタコンデンサに蓄えられた電荷を上記第２リアクトルに流して放電するよう構成されていることを特徴とする電源装置。
【請求項５】
請求項１〜請求項４のいずれか１項に記載の電源装置において、上記スイッチは半導体スイッチであることを特徴とする電源装置。
【図１】
【図２】
【図３】
【図４】
【図５】
【図６】
【図７】
【図８】
【図９】
【図１０】
【図１１】
【図１２】
【図２】
【図３】
【図４】
【図５】
【図６】
【図７】
【図８】
【図９】
【図１０】
【図１１】
【図１２】
【公開番号】特開２０１２−１８６９１２（Ｐ２０１２−１８６９１２Ａ）
【公開日】平成２４年９月２７日（２０１２．９．２７）
【国際特許分類】
【出願番号】特願２０１１−４７９６２（Ｐ２０１１−４７９６２）
【出願日】平成２３年３月４日（２０１１．３．４）
【出願人】（０００００４２６０）株式会社デンソー (27,639)
【Ｆターム（参考）】
【公開日】平成２４年９月２７日（２０１２．９．２７）
【国際特許分類】
【出願日】平成２３年３月４日（２０１１．３．４）
【出願人】（０００００４２６０）株式会社デンソー (27,639)
【Ｆターム（参考）】
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