直流电源装置制造方法

直流电源装置制造方法
【专利摘要】本发明的直流电源装置包括：对来自交流电源1的交流电压进行整流的整流电路（5）；使来自交流电源的电压短路、开路的开关部（3）；设置于整流电路的输出侧的平滑电容器（6）；驱动开关部对输入电流波形进行控制的控制部（7）；在开关部断开时对平滑电容器充电的电流流动的路径上配置的电流检测部（10）；对开关部的连续导通时间进行限制的导通时间限制部（12）；和当由电流检测部检测出的电流值超过了预先决定的基准电流值时强制地将开关部固定为断开的过电流判定部（11）。
【专利说明】直流电源装置【技术领域】
[0001]本发明涉及一种获得直流输出电压的直流电源装置，其包括对来自交流电源的交流电压进行整流的整流电路；和使经由电抗器来自交流电源的交流电压短路、开路的开关单元，特别是涉及开关单元的过电流保护。
【背景技术】
[0002]在使用开关单元，通过电抗器使来自交流电源的交流电压短路、开路，由此将来自交流电源的交流电压转换为期望的直流电压的现有的直流电源装置中，一般具有针对开关单元的过电流保护单元，以使得即使在因外部原因而开关单元的短路时刻、短路时间暂时不正常的状态下，也不会在开关单元中流过额定电流以上的大电流而使该开关单元被破坏。
[0003]开关单元的过电流保护单元，通常包括:为了检测流过开关单元的电流，由配置在开关单元导通时电流流过的路径上的电流检测电阻(电流检测用的低电阻值的电阻)、电流传感器等构成的电流检测单元；和当由电流检测单元检测出的电流值超过规定值时强制地使开关单元处于断开状态的驱动部。这样构成的开关单元的过电流保护单元，当过电流流过开关单元时，检测该过电流并强制地使开关单元处于断开状态，由此抑制流过开关单元的电流的最大值，保护该开关单元。
[0004]图9表示具有开 关单元的过电流保护的现有的直流电源装置的结构的一例。
[0005]图9所示的现有的直流电源装置包括:对交流电源101进行整流的整流电路102 ；对负载100供给电力的平滑电容器104 ;和连接在整流电路102与平滑电容器104之间的功率因数改善电路103。功率因数改善电路103构成为，将电抗器105和正向连接的二极管106串联连接，相对于该串联连接电路将开关元件107a并联连接。另外，在图9所示的现有的直流电源装置中，具有与开关元件107a串联连接的电流检测电阻109。该直流电源装置具有如下结构:由电流检测电阻109检测开关元件107a导通时流过的电流，当由电流检测电阻109检测出的电流值为规定的电流值以上时强制地使开关元件107a处于断开状态，由此防止过电流流过该开关元件107a而破坏开关元件107a (例如，参照专利文献I)。
[0006]如图9所示，在现有的直流电源装置中，已知有如下结构:与为了对输入电流进行反馈控制而使用的电流检测单元(图9中为电流检测电阻108)不同地，具有为了过电流保护而专用的电流检测单元(图9中为电流检测电阻109)。
[0007]现有技术文献
[0008]专利文献
[0009]专利文献1:日本特开平9-233807号公报
【发明内容】

[0010]发明要解决的课题
[0011]但是，在上述现有的直流电源装置中，原理上必须将用于过电流保护的电流检测单元配置在开关单元(开关元件)导通时电流流过的路径上。因此，在具有开关元件的基准电位与平滑电容器的GND电位不同的主电路结构的直流电源装置(例如图10所示的现有的直流电源装置的结构)中，在将来自过电流保护用的电流检测单元的输出信息用在控制部或者以与控制部相同的基准电位工作的开关单元107的驱动电路侧的情况下，需要将两者间绝缘地电连接的绝缘电路。
[0012]另外，作为不使用如上所述的绝缘电路地进行过电流保护动作的方法，现有技术中已知有如下方法:具有由令基准电位与开关元件的电位相同地进行工作的晶体管、比较器等构成的保护电路(例如图11所示的现有的直流电源装置的保护电路110)而与控制部独立地进行保护动作。但是，在具有这样的保护电路的结构的直流电源装置的情况下，由于在采用具有基准电位不同的多个开关元件的主电路结构的直流电源装置(例如，图12所示的现有的直流电源装置的结构)中，需要对各个开关元件(107a、107b)的每个设置电流检测单元和保护电路，因此具有用于过电流保护的电路变得大型化的问题。
[0013]本发明为了解决上述现有的问题，目的在于提供一种直流电源装置，其即使具有开关元件的基准电位与平滑电容器的GND电位不同的主电路结构，为了保护电路也不需要新的绝缘电路。
[0014]用于解决课题的方法
[0015]为了解决上述现有的课题，本发明的直流电源装置包括:
[0016]整流电路，其对来自交流电源的交流电压进行整流；
[0017]开关部，其使经由电抗器输入的来自上述交流电源的电压短路、开路；
[0018]平滑电容器，其设置于上述整流电路的输出侧；
[0019]控制部，其驱动上述开关部对来自上述交流电源的输入电流波形进行控制；
[0020]电流检测部，其设置于上述整流电路的输出侧，配置在上述开关部断开时对上述平滑电容器充电的电流流动的路径上；
[0021]导通时间限制部，其对上述开关部的连续导通时间进行限制；和
[0022]过电流判定部，其当由上述电流检测部检测出的电流值超过了预先决定的基准电流值时禁止上述开关部的接通。
[0023]本发明的直流电源装置，与主电路结构的开关部的配置无关地，能够对在开关部的接通开始时流过开关部的电流的最大值进行限制，并且能够利用导通时间限制部对一次导通期间中增加的流过开关部的电流的增加量进行限制。其结果是，根据本发明，即使在具有以与一般作为控制部的基准电位(GND电位)的平滑电容器的GND电位不同的基准电位进行工作的开关部的情况下，也不需要用于保护电路的新的绝缘电路就能够实现精度高的过电流保护控制。
[0024]发明的效果
[0025]本发明能够提供一种直流电源装置，其即使具有开关元件的基准电位与平滑电容器的GND电位不同的主电路结构，为了保护电路也不需要新的绝缘电路。
【专利附图】

【附图说明】
[0026]图1是表示本发明的实施方式I的直流电源装置的结构的部分框图。
[0027]图2 (a)是表示导通时间限制部的具体的电路结构的一例的电路图，(b)是表示导通时间限制部的工作时的波形的图。
[0028]图3(a)是表示实施方式I的直流电源装置的开关部导通时电流流动的路径的图，(b)是表示实施方式I的直流电源装置的开关部断开时电流流动的图。
[0029]图4是表示实施方式I的直流电源装置的开关驱动信号与输入电流的关系的一例的图。
[0030]图5是表示本发明的实施方式I的直流电源装置的其他的主电路结构的图。
[0031]图6是表示本发明的实施方式2的直流电源装置的结构的部分框图。
[0032]图7是表示实施方式2的直流电源装置的开关部导通时电流流动的路径的图，(a)是表示交流电源的瞬时电压为正时电流流动的路径的图，(b)是表示交流电源的瞬时电压为负时电流流动的路径的图。
[0033]图8是表示实施方式2的直流电源装置的开关部断开时电流流动的路径的图，(a)是表示交流电源的瞬时电压为正时电流流动的路径的图，(b)是表示交流电源的瞬时电压为负时电流流动的路径的图。
[0034]图9是表示现有的直流电源装置的结构的图。
[0035]图10是表示具有基准电位与平滑电容器的GND电位不同的开关单元的现有的直流电源装置的主电路结构例的图。
[0036]图11是表示现有的直流电源装置的过电流保护电路的结构例的图。
[0037]图12是表示具有基准电位不同的多个开关单元的现有的直流电源装置的主电路结构例的图。
【具体实施方式】
[0038]本发明的第一方式的直流电源装置包括:
[0039]整流电路，其对来自交流电源的交流电压进行整流；
[0040]开关部，其使经由电抗器输入的来自上述交流电源的电压短路、开路；
[0041]平滑电容器，其设置于上述整流电路的输出侧；
[0042]控制部，其驱动上述开关部对来自上述交流电源的输入电流波形进行控制；
[0043]电流检测部，其设置于上述整流电路的输出侧，配置在上述开关部断开时对上述平滑电容器充电的电流流动的路径上；
[0044]导通时间限制部，其对上述开关部的连续导通时间进行限制；和
[0045]过电流判定部，其当由上述电流检测部检测出的电流值超过了预先决定的基准电流值时禁止上述开关部的接通。
[0046]如上所述构成的本发明的第一方式的直流电源装置，与主电路结构的开关部的配置无关地，能够对在开关部的接通开始时流过开关部的电流的最大值进行限制，并且能够利用导通时间限制部对一次导通期间中增加的流过开关部的电流的增加量进行限制。其结果是，根据本发明，即使在具有以与一般作为控制部的基准电位(GND电位)的平滑电容器的GND电位不同的基准电位进行工作的开关部的情况下，也不需要用于保护电路的新的绝缘电路就能够实现精度高的过电流保护控制。
[0047]本发明的第二方式的直流电源装置中，也可以将上述第一方式的上述电流检测部的一端与上述平滑电容器的负端子连接。如上所述构成的本发明的第二方式的直流电源装置，能够使用电阻作为电流检测部，所以能够用廉价的结构得到与上述第一方式同样的效
果O
[0048]本发明的第三方式的直流电源装置也可以构成为，在上述第一方式或第二方式中，当由上述电流检测部检测出的电流值超过了预先决定的基准电流值时，持续禁止上述开关部的接通直到由上述电流检测部检测的电流值低于设定得比上述基准电流值低的第二基准电流值。如上所述构成的本发明的第三方式的直流电源装置，在处于断续地成为过电流状态的状况下的情况下，能够使进入过电流状态的周期变长，因此能够降低成为过电流状态的频度，由此能够进一步抑制开关部的温度上升。
[0049]本发明的第四方式的直流电源装置也可以构成为，在上述第一方式或第二方式中，当由电流检测部检测出的电流值超过了预先决定的的基准电流值时，持续禁止上述开关部的接通直到经过规定的时间。如上所述构成的本发明的第四方式的直流电源装置，与上述第三方式的结构同样地，在处于断续地成为过电流状态的状况下的情况下，能够进一步抑制开关部的温度上升。
[0050]本发明的第五方式的直流电源装置也可以构成为，在上述第一方式或第二方式中，当由上述电流检测部检测出的电流值超过了预先决定的基准电流值时，持续禁止上述开关部的接通直到上述控制部被重置(reset)。如上所述构成的本发明的第五方式的直流电源装置，在处于断续地成为过电流状态的状况下的情况下，使开关部的升压动作停止，由此与上述第四方式或第五方式的结构相比能够进一步抑制开关部的温度上升。
[0051 ] 本发明的第六方式的直流电源装置也可以构成为，上述第一方式至第五方式中的任一个方式的上述控制部通过PWM控制输出生成上述开关部的驱动信号，并且，上述导通时间限制部通过对PWM的占空比设置最大值来对上述开关部的连续导通时间进行限制。如上所述构成的本发明的第六方式的直流电源装置，能够用简单的结构实现上述第一方式的结构的效果。
[0052]本发明的第七方式的直流电源装置也可以构成为，上述第一方式至第五方式中的任一个方式的上述导通时间限制部具有与来自上述控制部的上述开关部的驱动信号的导通、断开对应地进行充放电的时间常数电路，基于该时间常数电路的充电电压对上述开关部的连续导通时间进行限制。如上所述构成的本发明的第七方式的直流电源装置，能够实现不需要用于保护电路的新的绝缘电路的过电流保护控制。
[0053]下面，参照附图，说明本发明的实施方式。另外，本发明不限于以下的实施方式中说明的结构，也包括基于同等的技术思想的各种结构。
[0054](实施方式I)
[0055]图1是表示本发明的实施方式I的直流电源装置的结构的部分框图。
[0056]如图1所示，本发明的实施方式I的直流电源装置包括:与交流电源I的一端连接的电抗器2 ;通过电抗器2使交流电源I短路、开路的作为双向性的开关单元的开关部3 ;驱动开关部3的驱动部4 ;在开关部3的两端分别连接有交流输入端的整流电路5 ;连接在整流电路5的直流输出端间的平滑电容器6 ;由微型计算机等构成的控制部7 ;和连接在交流电源I的两线间的交流电压相位检测部8。作为交流电压相位检测部8，例如由零交叉检测电路等构成。控制部7，基于由交流电压相位检测部8得到的交流电源I的电压相位信息，生成用于使开关部3短路、开路的开关驱动信号，以使得向与平滑电容器6连接的负载9供给的直流电压成为期望的直流电压。
[0057]实施方式I的直流电源装置中的开关部3，可以是双向性的开关，例如由以用IGBT使二极管电桥的输出端间短路的方式组合而成的电路(二极管电桥的交流输入端相当于开关部3的两端)、使各个源极端子共用且反向地串联连接的两个功率MOSFET等构成。
[0058]作为开关单元的开关部3的控制方法，也可以使用如下方法:一般通过被称为有源滤波器的结构，以约20kHz以上的较高的频率进行开关动作，将来自交流电源I的输入电流控制为大致正弦波状的波形，并且调整输入电流的振幅，由此将平滑电容器6的直流输出电压控制为期望的电压。或者，也可以使用如下方法:不进行输入电流本身的电流反馈控制，而是按交流电源I的电源周期的每1/2周期进行数次左右开关部3的短路、开路动作，由此通过调整开关部3的短路宽度来进行针对平滑电容器6的直流输出电压的电压反馈控制。这些控制方法都是公知的，广为所知，且直流电压反馈和输入电流反馈的有无与本发明没有直接关系，所以省略其控制方法的详细说明。
[0059]而且，实施方式I的直流电源装置包括:作为电流检测单元的电流检测部10，其位于整流电路5的直流输出线上，检测在开关部3的断开期间对平滑电容器6进行充电的方向上流动的电流；过电流判定部11，其判定由电流检测部10检测出的电流的值是否超过了预先决定的基准电流值1c ;和导通时间限制部12，其限制开关部3的连续导通时间。
[0060]实施方式I的直流电源装置的驱动部4，基于来自控制部7的开关驱动信号使开关部3短路、开路。
[0061]但是，过电流判定部11，在由电流检测部10检测出的电流值超过了基准电流值1c而判定为过电流状态的情况下，与来自控制部7的开关驱动信号无关地，将开关部3强制地固定为断开状态。
[0062]图2 (a)是表示导通时间限制部12的具体的电路结构的一例的电路图。图2 (b)是表示图2 Ca)所示的导通时间限制部12的动作时的波形的图。
[0063]如图2 (a)所示，在来自控制部7的开关驱动信号为导通的情况下，导通时间限制部12的电容器Cl经由电阻Rl和电阻R2被充电而电压上升，在经过了最大连续导通时间Tmax时调整时间常数以使得比较器COMPl的输出反转。
[0064]开关驱动信号的导通、断开保持原样作为导通时间限制部12的输出被输出，直至比较器COMPl的输出反转，但是在比较器COMPl的输出反转时即使开关驱动信号为导通，导通时间限制部12的输出信号也为断开。
[0065]另外，在来自控制部7的开关驱动信号为断开的情况下，电容器Cl仅通过电阻R2放电。
[0066]例如以相对于电容器Cl的充电时间使放电时间短一个数量级以上的方式设定电路的时间常数，由此在开关驱动信号断开期间，即直到接收下一个导通信号为止能够使电容器Cl的电压回到充分低的值。
[0067]另外，导通时间限制部12也可以构成为包括与来自控制部7的针对开关部3的开关驱动信号的导通、断开对应地被充放电的时间常数电路，基于该时间常数电路的充电电压限制开关部3的连续导通时间。这种情况下的时间常数电路可以构成为在开关驱动信号为导通时进行充电，在断开时进行放电，也可以构成为在开关驱动信号为断开时进行充电，在导通时进行放电。[0068]如上所述，导通时间限制部12，如图2 (b)所示，在来自控制部7的开关驱动信号中，产生达到预先决定的最大连续导通时间Tmax的连续导通信号时，将开关部3强制地关断(turn off)，之后，至少在来自控制部7的导通信号持续的期间，对开关驱动信号进行修正以使得将开关部3强制地保持为断开状态。
[0069]图3 (a)是表示实施方式I的直流电源装置的开关部3的导通期间中电流流过的路径的图。
[0070]如图3 (a)所示，开关部3导通时流过开关部3的电流，与来自交流电源I的输入电流的大小相等，电流不流过电流检测部10。实际上在接通(turn on)时在电流检测部10流过恢复(recovery)电流，但与本发明的直流电源装置的内容无关，所以图中忽略。
[0071]接着，图3 (b)是表示实施方式I的直流电源装置的开关部3断开时电流流过的路径的图。
[0072]如图3 (b)所示，能够理解，在电流检测部10中，在开关部3断开时流过与输入电流相等的电流。
[0073]另外，图3 Ca)和图3 (b)是表示交流电源I的交流电压的瞬时值为正的情况下电流的流动的图，但在交 流电源I的瞬时电压为负的情况下也同样，所以省略记载。
[0074]图4是表示实施方式I的直流电源装置的开关驱动信号与输入电流的关系的一例的图。
[0075]如图4所示，考虑开关驱动信号中的任意的导通期间Ton (图4中，将导通的开始点记为A点，将导通的结束点记为B点)中的电流值的增加量Λ 1n，设交流电源I的交流电压的瞬时值的最大值为Vp (>0)，电抗器2的电感值为L，则该电流值的增加量A1n可以用下式(1)表示。
[0076]Δ IOn ≤(Vp/L) XTon (1)
[0077]实施方式I的直流电源装置，即使在出于某些原因来自控制部7的开关驱动信号中的导通信号宽度比正常动作时大的情况下，利用导通时间限制部12也将连续导通信号的最大宽度限制在Tmax以下。因此，一次导通期间中流过开关部3的电流的增加量ΛΙοη，不论在何种情况下都满足下述的关系式(2 )。
[0078]Δ IOn≤ (Vp/L) XTmax (2)
[0079]而且，实施方式I的直流电源装置为如下结构:开关部3断开时在作为开关部3刚接通前的状态的断开时，只要流过电流检测部10的电流值为基准电流值1c以下，则即使来自控制部7的开关驱动信号为导通，也不会使开关部3接通。因此，不论在何种情况下，开关部3导通时流过开关部3的电流的最大值Imax，被限制为由下式(3)计算出的电流值Imax以下。
[0080]Imax=1c+ (Vp/L) XTmax (3)
[0081]如上所述，实施方式I的直流电源装置，通过与构成开关部3的开关元件的最大额定电流和电抗器2的电感值L匹配地设定基准电流值1c和最大连续导通时间Tmax,能够将流过构成开关部3的开关元件的最大电流值限制为Imax以下。
[0082]另外，实际上在设定开关部3的断开期间时，需要考虑关断时间，所以自不必说最大连续导通时间Tmax的设定中也需要考虑关断时间。
[0083]另外，本发明的实施方式I的直流电源装置，在检测流过平滑电容器6的电流的路径上具有电流检测部10。因此，本发明的直流电源装置如果是不仅能够检测开关部3断开时流过的电流的方向，还能够检测其反向的电流的电路结构，则在开关部3接通时流过的整流电路5中的二极管的恢复电流也能够被检测出，并且进行保护。
[0084]而且，在本发明的直流电源装置中，作为电抗器2的铁心(core)材料，如果使用硅钢板，则与由铁娃招磁合金(Sendust)等高频材料类的铁心构成的情况相比能够廉价地获得较大的电感，因此能够将最大连续导通期间Tmax中的电流的增加量Λ 1n抑制得更小。
[0085]通常，基准电流值1c与直流电源装置的实际工作范围的最大电流值匹配地设定，因此通过将电流的增加量△ 1n抑制得更小，本发明的直流电源装置发挥作为开关部3能够使用额定电流具有更小的值的开关元件的效果。
[0086]另外，本发明的直流电源装置，为了削减过电流状态连续发生的频度，优选在过电流判定部11中对基准电流值1c设置滞后(hysteresis)。像这样构成的本发明的直流电源装置，一旦开关部3断开时流过电流检测部10的电流超过了基准电流值1c时，只要不降低至设定为比基准电流值(第一基准电流值)1c小的值(第二基准电流值)的电流值，就不使开关部3接通，能够控制为持续断开状态，成为对于直流电源装置的过电流保护有效的结构。
[0087]另外，本发明的直流电源装置，一旦开关部3断开时流过电流检测部10的电流超过了基准电流值1c时，控制为使开关部3不接通直到经过规定的时间，也能够获得同样的效果。
[0088]而且，在开关部3断开时流过电流检测部10的电流只要有一次超过了基准电流值1c的情况下，控制部7控制为在一次重置(例如重启动)之前不接通，由此能够消除过电流状态断续地发生的可能性。根据这样的结构，能够将本发明的直流电源装置的过电流时的开关元件的温度上升抑制得较小。
[0089]另外，本发明的直流电源装置中，作为对开关部3的连续导通时间进行限制的单元，导通时间限制部12和驱动部4并不一定需要为独立的关系，也可以驱动部包括检测连续导通时间为最大连续导通时间Tmax以上的情况的连续导通时间检测部(未图示)，以如下方式进行控制，即，当连续导通时间成为最大连续导通时间Tmax以上时，驱动部也强制地使开关部3为断开。
[0090]另外，作为本发明的实施方式I的直流电源装置，以具有开关部3配置在整流电路5的交流侧的主电路为例进行了表示，但如图5所示，自不必说开关部配置在整流电路的直流侧的一般的单块型(monolithic)的主电路结构也能够发挥同样的效果。
[0091]如上所述，本发明的直流电源装置，如实施方式I中说明的那样，包括对开关单元(开关部3)的连续导通时间进行限制的电路，具有抑制一次导通时间内流过开关单元的电流增加的电流增加量ΛΙοη的结构。另外，本发明的直流电源装置，用与连接于整流电路的输出侧的电容器的负端子连接的电流检测单元(电流检测部10)检测开关单元的断开期间对电容器进行充电的电流，在超过规定的基准电流值的情况下禁止开关单元的接通，由此成为与主电路结构的开关元件的个数无关地仅用单一的电流检测单元就能够将流过开关单元的电流值抑制为(1c+Λ 1n)的结构。[0092]而且，本发明的直流电源装置中，通过将电流检测单元(电流检测部10 )连接在平滑电容器的负端子，能够用电流检测用的电阻简单地检测电流值，因此能够廉价地构成过电流保护电路。
[0093](实施方式2)
[0094]图6是表示本发明的实施方式2的直流电源装置的结构的部分框图。
[0095]如图6所示，本发明的实施方式2的直流电源装置包括:电抗器2，其与交流电源I的一端连接；整流电路5，为了将来自交流电源I的交流电压整流为直流，在交流电源I的两线间经由电抗器2连接其交流输入端；开关元件3a和3b，为了通过电抗器2使交流电源I短路、开路，其与构成整流电路5的四个二极管中的两个二极管5a和5b并联地在与电流的流动方向相反的方向上连接；平滑电容器6，其连接在整流电路5的直流输出端间；和控制部7，其生成具有开关元件3a和3b的开关部3的开关驱动信号。这样构成的实施方式2的直流电源装置，对与平滑电容器6连接的负载9供给直流电压。
[0096]而且，实施方式2的直流电源装置中，与实施方式I的直流电源装置同样地，包括:电流检测单元部10，其位于整流电路5的直流输出线上，检测在开关部3断开时对平滑电容器6进行充电的方向上流动的电流；过电流判定部11，其判定由电流检测部10检测出的电流的值是否超过预先决定的基准电流值1c ;和导通时间限制部12，其限制开关部3的连续导通时间。
[0097]特别是在将电流检测部10连接配置在平滑电容器6的GND侧的情况下，作为电流检测部10能够使用电阻，根据需要用OP放大器等放大，由此简单地构成电路。
[0098]图7 (a)和图7 (b)表示实施方式2的直流电源装置中，开关部3导通时电流流动的路径的图，图7 Ca)表示交流电源I的瞬时电压为正时电流流动的路径。图7 (b)表示交流电源I的瞬时电压 为负时电流流动的路径。
[0099]如图7 (a)和图7 (b)所示，在开关部3为导通状态、即开关元件3a或3b为导通的情况下，与交流电源I的电压相位无关地，电流不流过电流检测部10，因此不能直接检测流过导通的开关元件(开关元件3a或3b)的电流。设开关元件3a或3b的导通期间为Ton，流过电抗器2的电流、即导通期间中流过开关元件3a或3b的电流的增加量为Λ 1n时，与实施方式I的直流电源装置同样地，电流的增加量Λ 1n为用交流电源I的电压峰值Vp和电抗器2的电感值L计算出的下述关系式(4)所示的值以下。
[0100]Δ 1n ^ (Vp/L) XTon (4)
[0101]因此，与实施方式I的直流电源装置同样，利用导通时间限制部12将一次连续导通时间限制为最大连续导通时间Tmax以下，由此一次导通期间中流过开关部3 (开关元件3a或3b)的电流的增加量Λ 1n被限制为下述关系式(5)所示的值以下。
[0102]Δ 1n ^ (Vp/L) XTmax (5)
[0103]接着，图8 (a)和图8 (b)是表不开关部3断开时电流流过的路径的图。图8 (a)表示交流电源I的瞬时电压为正时电流流动的路径，图8 (b)表示交流电源I的瞬时电压为负时电流流动的路径。
[0104]如图8 (a)和图8 (b)所示，在开关部3为断开、即开关元件3a或3b为断开的情况下，与交流电源I的电压相位无关地，在电流检测部10流过与来自交流电源I的输入电流的大小相等的电流。
[0105]实施方式2的直流电源装置能够利用电流检测部10总是检测开关元件3a和3b为断开时流过的输入电流。因此，实施方式2的直流电源装置中，当断开时的输入电流的大小超过基准电流值1c时，驱动部4即使来自控制部7的开关驱动信号为导通也执行不接通的保护动作。其结果是，实施方式2的直流电源装置中，能够将流过构成开关部3的开关元件3a和3b的电流值的最大值保持为比下式(6)所示的值Imax更小。
[0106]Imax=1c+ (Vp/L) XTmax (6)
[0107]如上所述，实施方式2的直流电源装置，即使不具有检测开关部3的导通期间中流过开关部3的电流的单元，能够通过使用配置在开关部3断开时电流流过的路径上的电流检测部10，即使在具有由基准电位不同的多个开关元件(例如3a和3b)构成的主电路结构的情况下，利用单一的电流检测部10也能够实现过电流保护动作。
[0108]在直流电源装置中，原本具有用于驱动开关部3的绝缘电路，或者电平移动电路作为开关部3的驱动电路，因此通过将得到的开关驱动信号供给到上述驱动电路，不需要特别具有绝缘电路和电平移动电路，就能够简单地实现构成开关部3的开关元件的过电流保护。
[0109]而且，在通过用微型计算机等控制部7对开关部3进行PWM控制来进行导通、断开控制的情况下，通过限制PWM输出的最大导通占空比，能够简单地构成导通时间限制部12。
[0110]特别是，能够设计为交流电源I的每个电源周期的开关部3的开关次数越多，每一次的连续导通时间越短。其结果是，能够将最大连续导通时间Tmax中的电流的增加量Δ 1n抑制得更小，因此实施方式2的直流电源装置中能够使用额定电流更小的开关元件。
[0111]另外，如上所述在实施方式2的直流电源装置中，即使在直流电源装置的主电路由基准电位不同的多个开关元件构成的情况下，也能够构建能够利用作为单一的电流检测单元的电流检测部10构成过电流保护电路的直流电源装置。
[0112]如上所述，本发明`的直流电源装置，通过设置作为开关单元的开关部断开时检测对输出电容器(平滑电容器)进行充电的电流的作为电流检测单元的电流检测部、判定由电流检测部检测出的电流是否为过电流的过电流判定部、和对开关部的连续导通时间进行限制的导通时间限制部，与构成直流电源装置的主电路的开关元件的基准电位和个数无关地，能够用不需要绝缘电路的单一的电流检测部简单地构成过电流保护。
[0113]本发明的直流电源装置构成为，包括对作为开关单元的开关部的连续导通时间进行限制的电路，来抑制一次导通时间内流过开关部的电流增加的电流增加量△ 1n，并且用与连接于整流电路的输出侧的输出电容器的负端子连接的作为电流检测单元的电流检测部来检测开关部断开期间对输出电容器(平滑电容器)进行充电的电流。因此，本发明的直流电源装置，在超过规定的基准电流值的情况下禁止开关部的接通，由此与主电路结构中的开关元件的个数无关地仅用单一的电流检测部就能够将流过开关部的电流值抑制为
(1c+ΔI)。
[0114]本发明的直流电源装置中，通过将作为电流检测单元的电流检测部连接在输出电容器的负端子，能够用电流检测用的电阻简单地检测电流值。因此，本发明的直流电源装置能够廉价地构建过电流保护电路。
[0115]本发明的直流电源装置中，利用导通时间限制部将作为开关单元的开关部的连续导通时间限制在最大连续导通时间Tmax以下，由此能够限制一次导通期间流过开关单元的电流的增加量ΛΙοη。
[0116]另外，本发明的直流电源装置中，在开关单元的断开期间流过的电流比规定的基准电流值1c大的情况下禁止开关单元的接通，由此能够将开关单元的接通开始时流过开关单元的电流值的最大值限制在基准电流值1c以下。因此，本发明的直流电源装置中，能够通过将开关单元导通时流过开关单元的电流值的最大值限制为(1c+ △ 1n)，来进行过电流保护。
[0117]工业上的可利用性
[0118]本发明的直流电源装置，与构成直流电源装置的主电路的开关元件的基准电位和个数无关地，能够用不需要绝缘的单一的电流检测部简单地构成过电流保护，因此能够适用于将来自交流电源的交流电压暂时转换为直流电压，来向负载进行电力供给的冷藏库、洗衣机、热泵供热水器等各种设备的用途。
[0119]附图标记的说明
[0120]I交流电源
[0121]2电抗器
[0122]3开关部
[0123]5整流电路
[0124]6平滑电容器
[0125]7控制部
[0126]9 负载
[0127]10电流检测部
[0128]12导通时间限制部
【权利要求】
1.一种直流电源装置，其特征在于，包括: 整流电路，其对来自交流电源的交流电压进行整流； 开关部，其使经由电抗器输入的来自所述交流电源的电压短路、开路； 平滑电容器，其设置于所述整流电路的输出侧； 控制部，其驱动所述开关部对来自所述交流电源的输入电流波形进行控制； 电流检测部，其设置于所述整流电路的输出侧，配置在所述开关部断开时对所述平滑电容器充电的电流流动的路径上； 导通时间限制部，其对所述开关部的连续导通时间进行限制；和 过电流判定部，其当由所述电流检测部检测出的电流值超过了预先决定的基准电流值时禁止所述开关部的接通。
2.如权利要求1所述的直流电源装置，其特征在于: 所述电流检测部的一端与所述平滑电容器的负端子连接。
3.如权利要求1或2所述的直流电源装置，其特征在于: 当由所述电流检测部检测出的电流值超过了预先决定的基准电流值时，持续禁止所述开关部的接通直到由所述电流检测部检测的电流值低于设定得比所述基准电流值低的第二基准电流值。
4.如权利要求1或2所述的直流电源装置，其特征在于: 当由所述电流检测部检测出的电流值超过了预先决定的基准电流值时，持续禁止所述开关部的接通直到经过规定的时间。
5.如权利要求1或2所述的直流电源装置，其特征在于: 当由所述电流检测部检测出的电流值超过了预先决定的基准电流值时，持续禁止所述开关部的接通直到所述控制部被重置。
6.如权利要求1?5中任一项所述的直流电源装置，其特征在于: 所述控制部通过PWM控制输出生成所述开关部的驱动信号，并且，所述导通时间限制部通过对PWM的占空比设置最大值来限制所述开关部的连续导通时间。
7.如权利要求1?5中任一项所述的直流电源装置，其特征在于: 所述导通时间限制部，包括与来自所述控制部的所述开关部的驱动信号的导通、断开对应地进行充放电的时间常数电路，基于该时间常数电路的充电电压对所述开关部的连续导通时间进行限制。
【文档编号】H02M7/217GK103765752SQ201280042761
【公开日】2014年4月30日 申请日期:2012年11月26日 优先权日:2011年12月14日
【发明者】京极章弘, 川崎智广, 戴鑫徽, 土山吉朗, 吉田泉 申请人:松下电器产业株式会社