特許 6731504 電力変換装置及び制御装置

(19)【発行国】日本国特許庁(JP)

(12)【公報種別】特許公報(B1)

(11)【特許番号】6731504

(24)【登録日】2020年7月8日

(45)【発行日】2020年7月29日

(54)【発明の名称】電力変換装置及び制御装置

(51)【国際特許分類】

   H02M 7/48 20070101AFI20200716BHJP

   H02H 9/02 20060101ALI20200716BHJP

   H02J 1/00 20060101ALI20200716BHJP

   H02H 7/122 20060101ALI20200716BHJP

【ＦＩ】

   H02M7/48 M

   H02H9/02 E

   H02J1/00 309R

   H02H7/122 Z

【請求項の数】5

【全頁数】12

(21)【出願番号】特願2019-13474(P2019-13474)

(22)【出願日】2019年1月29日

【審査請求日】2019年1月29日

(73)【特許権者】

【識別番号】593063161

【氏名又は名称】株式会社ＮＴＴファシリティーズ

(74)【代理人】

【識別番号】110001634

【氏名又は名称】特許業務法人 志賀国際特許事務所

(72)【発明者】

【氏名】佐藤 淳

(72)【発明者】

【氏名】二渡 直樹

(72)【発明者】

【氏名】宇田川 陽介

(72)【発明者】

【氏名】松本 暁

(72)【発明者】

【氏名】谷藤 昴亮

【審査官】 土井 悠生

(56)【参考文献】

【文献】 特開２００３−０７０２６０（ＪＰ，Ａ）

【文献】 特開２００３−３１９５０７（ＪＰ，Ａ）

【文献】 特開２００９−２１３３４５（ＪＰ，Ａ）

【文献】 特開２０１３−２４２０８１（ＪＰ，Ａ）

【文献】 特開平０６−３５１２５８（ＪＰ，Ａ）

【文献】 特開２０１４−２０４６１７（ＪＰ，Ａ）

【文献】 特開平０８−０９８５４６（ＪＰ，Ａ）

(58)【調査した分野】（Int.Cl.，ＤＢ名）

Ｈ０２Ｍ ７／４２−７／９８

Ｈ０２Ｈ ７／００

Ｈ０２Ｈ ７／１０−７／２０

Ｈ０２Ｈ ９／００−９／０８

Ｈ０２Ｊ １／００−１／１６

(57)【特許請求の範囲】

【請求項1】

電源から第１の直流電力が供給される第１入力端子と第２入力端子間の第１電圧を計測する第１電圧検出部と、
前記第１の直流電力の少なくとも一部を含む第２の直流電力を交流電力に変換する変換部本体と、
前記第１入力端子に第１接続導体を介して接続される第１端子と前記第２入力端子に第２接続導体を介して接続される第２端子とを備え、前記変換部本体に供給される第２の直流電力を平滑化する平滑コンデンサと、
前記平滑コンデンサの第１端子と第２端子間の第２電圧を計測する第２電圧検出部と、
前記平滑コンデンサに流れた第１電流を計測する電流検出部と、
前記第１接続導体に設けられ、前記電源から前記変換部本体と前記平滑コンデンサとに供給される第１の直流電力を遮断するリレースイッチと、
前記リレースイッチに並列に接続される半導体スイッチを備え、前記第１接続導体に流れる第２電流を調整する調整部と、
前記第１電圧と前記第２電圧と前記第１電流とに基づいて、前記平滑コンデンサに流れるピーク電流を低減させるように、少なくとも前記調整部に流す第２電流を制御する制御部と
を備え、
前記制御部は、
前記第１電圧が予め定められた電圧範囲にある場合には、前記リレースイッチを導通させて、前記半導体スイッチを遮断して、前記電圧範囲を下回る場合には、前記リレースイッチを遮断して、前記半導体スイッチを導通させる、
電力変換装置。

【請求項2】

前記制御部は、
前記平滑コンデンサを充電する際の前記第１電流の時間変化率が予め定められた電流閾値を超えないように前記調整部に流す第２電流を調整する
請求項１に記載の電力変換装置。

【請求項3】

前記制御部は、
前記第１電圧と前記第２電圧の差が、予め定められた電圧閾値を超えないように前記半導体スイッチのスイッチングを制御する、
請求項１または請求項２に記載の電力変換装置。

【請求項4】

前記制御部は、
前記平滑コンデンサを充電する際の前記第１電流の時間変化率が予め定められた電流閾値を超えないように前記調整部に流す第２電流を調整し、または
前記第１電圧と前記第２電圧の差が、予め定められた電圧閾値を超えないように前記半導体スイッチのスイッチングを制御し、
操作部の操作に基づいて、前記電圧閾値、前記電流閾値、及び前記電圧範囲の少なくとも何れかを設定する、
請求項１に記載の電力変換装置。

【請求項5】

電源から少なくとも第１接続導体を介して第１の直流電力が供給され、前記第１の直流電力の第１電圧を計測する第１電圧検出部と、
前記第１の直流電力の少なくとも一部を含む第２の直流電力を交流電力に変換する変換部本体と、
前記変換部本体の直流電源側に配置される平滑コンデンサと、
前記第１接続導体に設けられ、前記電源から前記変換部本体と前記平滑コンデンサとに供給される第１の直流電力を遮断するリレースイッチと、
前記リレースイッチに並列に接続される半導体スイッチを含み、前記第１接続導体に流れる第２電流を調整する調整部と、
が設けられた電力変換装置の制御装置であって、
前記第１電圧と前記平滑コンデンサの第２電圧と前記平滑コンデンサに流れる第１電流とに基づいて、前記平滑コンデンサに流れるピーク電流を低減させるように、少なくとも前記調整部に流す第２電流を制御する制御部
を備え、
前記制御部は、
前記第１電圧が予め定められた電圧範囲にある場合には、前記リレースイッチを導通させて、前記半導体スイッチを遮断して、前記電圧範囲を下回る場合には、前記リレースイッチを遮断して、前記半導体スイッチを導通させる、
制御装置。

【発明の詳細な説明】

【技術分野】

【0001】

本発明は、電力変換装置に関する。

【背景技術】

【0002】

モーターを駆動する電力変換装置は、電力変換装置の出力段にあたる変換部本体（フルブリッジSW）のスイッチングにより、電力変換装置からモーターに出力する電流を調整する。このような電力変換装置には、出力電圧を安定化させるために、変換部本体の前段に、比較的大容量のコンデンサ（アルミ電解コンデンサ）を備えているものがある。電力変換装置の起動時などに、電力変換装置の入力に電圧が突然加わると、上記のコンデンサに過大な充電電流（突入電流）が流れることがある。このような突入電流を抑制するために、抵抗とバイパススイッチの並列回路を電力変換装置の電源入力回路に設けることがあり、起動時の突入電流を抑制することを可能にする（例えば特許文献１参照）。

【先行技術文献】

【特許文献】

【0003】

【特許文献1】特開平０５−１４６１４３号公報

【発明の概要】

【発明が解決しようとする課題】

【0004】

しかしながら、電源電圧が低下した状態からその電源電圧が急に上昇する場合にも、上記の平滑コンデンサを充電する突入電流が流れることがあった。

【0005】

本発明は、このような事情を鑑みてなされたものであり、電源電圧の変動による過度な電流を抑制する電力変換装置及び制御装置を提供することを目的とする。

【課題を解決するための手段】

【0006】

上記の課題を解決するための本発明の一態様は、電源から第１の直流電力が供給される第１入力端子と第２入力端子間の第１電圧を計測する第１電圧検出部と、前記第１の直流電力の少なくとも一部を含む第２の直流電力を交流電力に変換する変換部本体と、前記第１入力端子に第１接続導体を介して接続される第１端子と前記第２入力端子に第２接続導体を介して接続される第２端子とを備え、前記変換部本体に供給される第２の直流電力を平滑化する平滑コンデンサと、前記平滑コンデンサの第１端子と第２端子間の第２電圧を計測する第２電圧検出部と、前記平滑コンデンサに流れた第１電流を計測する電流検出部と、前記第１接続導体に設けられ、前記電源から前記変換部本体と前記平滑コンデンサとに供給される第１の直流電力を遮断するリレースイッチと、前記リレースイッチに並列に接続される半導体スイッチを備え、前記第１接続導体に流れる第２電流を調整する調整部と、前記第１電圧と前記第２電圧と前記第１電流とに基づいて、前記平滑コンデンサに流れるピーク電流を低減させるように、少なくとも前記調整部に流す第２電流を制御する制御部とを備え、前記制御部は、前記第１電圧が予め定められた電圧範囲にある場合には、前記リレースイッチを導通させて、前記半導体スイッチを遮断して、前記電圧範囲を下回る場合には、前記リレースイッチを遮断して、前記半導体スイッチを導通させる電力変換装置である。

【0007】

また、上記の電力変換装置における前記制御部は、前記平滑コンデンサを充電する際の前記第１電流の時間変化率が予め定められた電流閾値を超えないように前記調整部に流す第２電流を調整する。

【0009】

また、上記の電力変換装置における前記制御部は、前記第１電圧と前記第２電圧の差が、予め定められた電圧閾値を超えないように前記半導体スイッチのスイッチングを制御する。

【0011】

また、上記の電力変換装置において前記制御部は、
前記平滑コンデンサを充電する際の前記第１電流の時間変化率が予め定められた電流閾値を超えないように前記調整部に流す第２電流を調整し、または
前記第１電圧と前記第２電圧の差が、予め定められた電圧閾値を超えないように前記半導体スイッチのスイッチングを制御し、
操作部の操作に基づいて、前記電圧閾値、前記電流閾値、及び前記電圧範囲の少なくとも何れかを設定する。
また、本発明の一態様は、電源から少なくとも第１接続導体を介して第１の直流電力が供給され、前記第１の直流電力の第１電圧を計測する第１電圧検出部と、
前記第１の直流電力の少なくとも一部を含む第２の直流電力を交流電力に変換する変換部本体と、
前記変換部本体の直流電源側に配置される平滑コンデンサと、
前記第１接続導体に設けられ、前記電源から前記変換部本体と前記平滑コンデンサとに供給される第１の直流電力を遮断するリレースイッチと、
前記リレースイッチに並列に接続される半導体スイッチを含み、前記第１接続導体に流れる第２電流を調整する調整部と、
が設けられた電力変換装置の制御装置であって、
前記第１電圧と前記平滑コンデンサの第２電圧と前記平滑コンデンサに流れる第１電流とに基づいて、前記平滑コンデンサに流れるピーク電流を低減させるように、少なくとも前記調整部に流す第２電流を制御する制御部
を備え、
前記制御部は、
前記第１電圧が予め定められた電圧範囲にある場合には、前記リレースイッチを導通させて、前記半導体スイッチを遮断して、前記電圧範囲を下回る場合には、前記リレースイッチを遮断して、前記半導体スイッチを導通させる、
制御装置。

【発明の効果】

【0012】

本発明によれば、電源電圧の変動による過度な電流を抑制することができる。

【図面の簡単な説明】

【0013】

【図1】本発明の一実施形態の電力変換システムの構成例を示す図である。

【図2】図１に示す電力変換装置１０の突入電流抑制制御に関する状態遷移図である。

【図3】図１に示す電力変換装置１０の突入電流抑制制御を説明するためのタイミングチャートである。

【発明を実施するための形態】

【0014】

以下、図面を参照して本発明の実施形態について説明する。図１は、本発明の一実施形態に係る電力制御システム１の構成例を示す図である。

【0015】

電力制御システム１は、電力変換装置１０と、直流給電装置３０とを備える。電力制御システム１は、直流給電装置３０から直流電力を受け、交流電力に変換して負荷４０へ供給する。負荷４０は、例えば、３相交流電動機（Ｍ）である。

【0016】

直流給電装置３０は、商用電源等の単相の交流電源２を電源として機能する。直流給電装置３０は、例えば、整流装置３１と、蓄電池３２とを備える。

【0017】

整流装置３１は、平時には、交流電源２が出力した交流電力を直流電力に変換して、電力変換装置１０と蓄電池３２とに供給する。蓄電池３２は、整流装置３１から供給される直流電力を蓄える。整流装置３１は、交流電源２の停電時には、蓄電池３２に蓄えられている直流電力を電力変換装置１０に供給する。

【0018】

例えば、直流給電装置３０が平時に出力する直流電圧は、電力変換装置１０の入力電圧変動範囲内の所望の電圧を基準に調整されている。電力変換装置１０の入力電圧変動範囲内の所望の電圧は、例えば基準電圧Ｖ０である。

【0019】

直流給電装置３０が停電時に出力する直流電圧は、電力変換装置１０の入力電圧変動範囲内の電圧になる。直流給電装置３０が停電時に出力する直流電圧は、蓄電池３２の充電率により変動する場合がある。直流給電装置３０が停電時に出力する電圧は、上記の基準電圧Ｖ０よりも低く設定されている。

【0020】

上記の場合、直流給電装置３０は、停電が発生すると、基準電圧Ｖ０を基準に調整された電圧から低減させた電圧を出力し、復電すると、基準電圧Ｖ０を基準に調整された電圧を再び出力する。直流給電装置３０は、停電時と復電時に瞬断させることなく直流電力を給電可能であってよい。

【0021】

電力変換装置１０は、例えば、コントローラ１１と、電源部１３と、入力部１４（操作部）と、電圧検出部１５（第１電圧検出部）と、電圧検出部１６（第２電圧検出部）と、電流検出部１７と、主回路２０とを備える。電力変換装置１０は、電源入力端子としての入力端子１０１（第１入力端子）と入力端子１０２（第２入力端子）とを備える。

【0022】

まず、主回路２０の一例について説明する。
主回路２０は、電力変換部本体２１（変換部本体）と、平滑コンデンサ２２と、ダイオード２３と、スイッチ部２５（調整部）と、電磁リレー２６（リレースイッチ）とを備える。

【0023】

電力変換部本体２１は、半導体スイッチを備えるインバータであり、図示されない電力変換制御部によって制御される。電力変換部本体２１は、電力変換制御部の制御により、直流給電装置３０から入力端子１０１と入力端子１０２とに供給される第１の直流電力の少なくとも一部を含む第２の直流電力を交流電力に変換する。例えば、第１の直流電力は、第２の直流電力として電力変換部本体２１に供給されるほかに、後述する電源部１３等に供給される。

【0024】

平滑コンデンサ２２は、正極の第１端子と負極の第２端子とを備える。第１端子は、入力端子１０１に第１接続導体を介して接続される。第２端子は、入力端子１０２に第２接続導体を介して接続される。平滑コンデンサ２２は、電力変換部本体２１に供給される第２の直流電力の電圧を平滑化する。

【0025】

電磁リレー２６は、図示されない電磁部と電磁部の通電状態に応じてオンまたはオフするスイッチを有し、コントローラ１１が出力したＲＹ操作信号に応じて、電磁部の通電状態を変化させ、スイッチを導通状態または遮断状態とする。この電磁リレー２６のスイッチはメーク接点（ノーマリーオープン）である。
電磁リレー２６は、第１接続導体に設けられている。電磁リレー２６は、直流給電装置３０から、電力変換部本体２１と平滑コンデンサ２２とに供給される第１の直流電力の供給を遮断する。

【0026】

スイッチ部２５は、電磁リレー２６に並列に接続され、第１接続導体に流れる電流（第２電流）を調整する。

【0027】

例えば、スイッチ部２５は、トランジスタ等の半導体スイッチング素子で構成されるスイッチを含む。スイッチ部２５は、コントローラ１１から導通状態または遮断状態を指示するＰＷＭ制御信号が入力された場合、ＰＷＭ制御信号のＤＵＴＹ比に従いスイッチを導通状態または遮断状態に遷移させる。上記の通り、ＰＷＭ制御信号のＤＵＴＹ比に従いスイッチを導通状態または遮断状態に遷移させることにより、電流の平均値を調整することができ、経路のインピーダンスを調整することにより突入電流を抑制することができる。

【0028】

上記のスイッチ部２５と電磁リレー２６は、電気的に並列に接続されている。スイッチ部２５の一端と電磁リレー２６の一端は、ともに電力変換装置１０の入力端子１０１に接続されている。スイッチ部２５の他端と電磁リレー２６の他端は、ともに、ダイオード２３のアノードに接続されている。ダイオード２３のカソードは、電力変換部本体２１の入力端子の正極側と、平滑コンデンサ２２の第１端子とに接続されている。このダイオード２３は、逆流防止用に設けられている。

【0029】

上記のように接続されている電磁リレー２６は、スイッチ部２５をバイパスするバイパス回路を構成する。すなわち、電磁リレー２６を含むバイパス回路は、電磁リレー２６を導通状態とした場合に、スイッチ部２５をバイパスさせる。

【0030】

電源部１３は、交流電源２から直流給電装置３０及び入力端子１０１を介して入力された直流電力を変圧し、電力変換装置１０内の各部に例えば複数種類の電圧の直流電力を供給する。電源部１３が供給する直流電力は、後述するコントローラ１１等の制御用電力として利用される。なお、電源部１３は、上記に制限されることはなく、直流給電装置３０及び入力端子１０１を介して入力された直流電力とは異なる直流電力を安定化して出力してもよい。

【0031】

入力部１４は、例えばユーザの操作によって可変することができる半固定可変抵抗器を備え、半固定可変抵抗器に設定された抵抗値に応じた電圧値を有する信号をコントローラ１１に対して出力する。この半固定可変抵抗器は、ユーザの操作によって設定された電圧値を出力するものであり、負荷４０に流れる電流を流すものではない。あるいは、入力部１４は、複数の設定スイッチを有するディップスイッチを備え、各設定スイッチのオンまたはオフの設定状態を示す信号をコントローラ１１に対して出力する。ユーザの操作によって設定された電圧値と各設定スイッチのオンまたはオフの設定状態を示す信号は、例えば、電圧閾値、電流閾値、及び電圧範囲の少なくとも何れかに対応するものである。電圧閾値、電流閾値、及び電圧範囲については、後述する。

【0032】

コントローラ１１は、例えばマイクロコンピュータ（マイコン）であり、内部にＣＰＵ（中央処理装置）、記憶装置、入出力装置、Ａ／Ｄ（アナログ／デジタル）変換器、Ｄ／Ａ（デジタル／アナログ）変換器、タイマー、カウンタ、クロック、通信装置等のハードウェアを有する。また、コントローラ１１は、複数のデジタル信号の入出力ポート（入出力端子）や、アナログ信号の入出力端子を有する。コントローラ１１は、内部のハードウェアを利用し、記憶装置に記憶されている所定のファームウェア等のプログラムをＣＰＵが実行することで、制御部、調整部及び記憶部の各機能を構成する。

【0033】

第１電圧検出部１５は、直流給電装置３０から第１の直流電力が供給される入力端子１０１と入力端子１０２間の直流電圧（第１電圧Ｖ１と呼ぶ。）を計測する。第１電圧検出部１５は、複数の抵抗を含み、直流電圧を分圧して出力してもよい。

【0034】

第２電圧検出部１６は、平滑コンデンサ２２の第１端子と第２端子間の直流電圧（第２電圧Ｖ２と呼ぶ。）を計測する。第２電圧Ｖ２は、電力変換部本体２１の電源入力電圧に相当する。第２電圧検出部１６は、複数の抵抗を含み、直流電圧を分圧して出力してもよい。

【0035】

電流検出部１７は、平滑コンデンサ２２に接続される第１接続導体または第２接続導体に設けられ、平滑コンデンサ２２に流れた第１電流を計測する。

【0036】

コントローラ１１は、例えば、第１電圧検出部１５によって計測された第１電圧Ｖ１と、第２電圧検出部１６によって計測された第２電圧Ｖ２と、電流検出部１７によって計測された第１電流との各計測値を、上記のアナログ信号として収集する。
コントローラ１１は、第１電圧Ｖ１と、第２電圧Ｖ２と、第１電流とに基づいて、スイッチ部２５と電磁リレー２６を制御する。

【0037】

（コントローラ１１による突入電流抑制制御)
図を参照して、コントローラ１１による突入電流抑制制御について説明する。
図２は、図１に示す電力変換装置１０の突入電流抑制制御に関する状態遷移図である。図に示されている状態は、初期化状態Ｓ０と、電流抑制制御状態Ｓ１と、定常稼働状態Ｓ２と、電源電圧低減状態Ｓ３とが含まれる。

【0038】

初期化状態Ｓ０は、電源の供給が開始されて電力変換装置１０を始動させるための初期化処理などを実施する段階に対応する。

【0039】

電流抑制制御状態Ｓ１は、初期化処理を終えた後に電流を抑制するように制御する状態に対応する。電流抑制制御状態Ｓ１は、初期化状態Ｓ０から遷移して、定常稼働状態Ｓ２に遷移するまでの状態である。初期化状態Ｓ０から電流抑制制御状態Ｓ１への遷移は、コントローラ１１の初期化完了に応じて行われる。

【0040】

定常稼働状態Ｓ２は、電流を抑制する制限を解除した状態に対応する。定常稼働状態Ｓ２は、電流抑制制御状態Ｓ１から遷移して、電源電圧低減状態Ｓ３に遷移するまでの状態である。電流抑制制御状態Ｓ１から定常稼働状態Ｓ２への遷移は、平滑コンデンサ２２の充電量が所望の条件を満たしたことに応じて行われる。

【0041】

電源電圧低減状態Ｓ３は、電源電圧が低下した状態に対応する。電源電圧低減状態Ｓ３は、定常稼働状態Ｓ２から遷移して、電流抑制制御状態Ｓ１に遷移するまでの状態である。定常稼働状態Ｓ２から電源電圧低減状態Ｓ３への遷移は、前述の基準電圧Ｖ０を基準に定められた閾値電圧よりも電源電圧が低下したことに応じて行われる。

【0042】

一般に、平滑コンデンサ２２が十分に充電されていない状態で、電力変換装置１０に電力が供給されると、平滑コンデンサ２２の充電電流が流れて電力変換装置１０に突入電流が生じることがある。電流を抑制するように制御されていないと、過大な突入電流が流れることになる。

【0043】

そこで、コントローラ１１は、電流抑制制御状態Ｓ１において、例えば下記する制御によって、電力変換装置１０の突入電流を制限する。

【0044】

コントローラ１１は、電磁リレー２６に代えてスイッチ部２５に、上記の充電電流を流して、充電電流を制限する。その際に、コントローラ１１は、スイッチ部２５を導通状態にするＤＵＴＹ比を調整することで、平滑コンデンサ２２の充電電流を制限する。このように、スイッチ部２５に電流を流すことにより、電磁リレー２６に電流を流す場合に比べて、そのピーク値を低減させることが可能になる。

【0045】

より具体的に上記の制御について説明する。例えば、コントローラ１１は、前述の第１電圧Ｖ１と第２電圧と第１電流とに基づいて、少なくともスイッチ部２５に流す第２電流を制御する。スイッチ部２５に流れる第２電流には、平滑コンデンサ２２に流れる電流（第１電流に相当。）が含まれる。これにより、電力変換装置１０の突入電流の大きさを調整することが可能になる。

【0046】

コントローラ１１は、スイッチ部２５に流す第２電流を下記する方法で調整するとよい。

【0047】

例えば、コントローラ１１は、平滑コンデンサ２２を充電する際に流れる第１電流の時間変化率が予め定められた電流閾値を超えないようにスイッチ部２５に流す第２電流を調整するとよい。上記の場合、例えば、コントローラ１１は、第１電流の大きさに基づいてスイッチ部２５の半導体スイッチをオン状態にするＤＵＴＹ比を調整することで、第１電流の時間変化率が、設定された電流閾値を超えないように制御する。このように、コントローラ１１は、ＰＷＭ制御によって、スイッチ部２５の半導体スイッチに流す第２電流を調整するとよい。

【0048】

なお、電力変換装置１０が起動される時点の（電圧検出部１５の第１電圧Ｖ１）と（電圧検出部１６の第２電圧Ｖ２）との電位差ΔＶが大きいほど、突入電流が大きくなる。ここで、（電圧検出部１５の第１電圧Ｖ１）と（電圧検出部１６の第２電圧Ｖ２）との電位差ΔＶを、（第１電圧Ｖ１−第２電圧Ｖ２）と規定する。

【0049】

電位差ΔＶが、予め設定された電圧閾値を超える場合には、コントローラ１１は、スイッチ部２５の半導体スイッチをＰＷＭ制御によるＤＵＴＹ比を調整することによって、電位差ΔＶが予め設定された電圧閾値を超えないように制御してもよい。電圧閾値は、予め定められた電圧範囲の上限値であってもよい。なお、上記の電圧範囲（電圧閾値）を上回る場合には、コントローラ１１は、電磁リレー２６と、スイッチ部２５の半導体スイッチの両方を遮断してもよい。

【0050】

上記の第１電圧Ｖ１が予め定められた電圧範囲にある場合には、コントローラ１１は、電磁リレー２６を導通させて、スイッチ部２５の半導体スイッチを遮断する。上記の第１電圧Ｖ１が上記の電圧範囲を下回る場合には、コントローラ１１は、電磁リレー２６を遮断して、スイッチ部２５の半導体スイッチを導通させる。

【0051】

これにより、コントローラ１１は、スイッチ部２５の半導体スイッチによる電圧制御を高い応答性と低い損失を実現することができ、急な直流入力電圧の増加が生じた場合に、遅延なくスイッチ部２５の半導体スイッチによって突入電流を抑制することができる。

【0052】

図３を参照して、突入電流抑制制御の手順について説明する。図３は、図１に示す電力変換装置１０の突入電流抑制制御を説明するためのタイミングチャートである。
この図の上段側から下段に向かう順に、スイッチ部２５の状態と、電磁リレー２６の状態と、電圧検出部１６によって検出された第２電圧Ｖ２と、電流検出部によって検出された電流が示されている。

【0053】

時刻ｔ１以前の状態は、電力変換装置１０に対する入力電圧がない状態にある、例えば、電力変換装置１０の稼働を停止させていた状態などに相当する。スイッチ部２５と電磁リレー２６は、ともに遮断状態（ＯＦＦ）にある。

【0054】

このような停止状態から、時刻ｔ１に、電力変換装置１０の入力端子１０１に所定の電圧（例えば、基準電圧Ｖ０。）を印加して、電力変換装置１０を始動させる。

【0055】

電源部１３は、電力変換装置１０の入力端子１０１と入力端子１０２の間に印加された電圧を降圧して制御用電力を出力する。これにより、コントローラ１１が活性化される。コントローラ１１は、活性化された後、電流検出部１７によって検出された電流値を取得して、取得した電流値に基づいてスイッチ部２５の半導体スイッチの制御を開始する（時刻ｔ２）。これにより、スイッチ部２５を介して、平滑コンデンサ２２の充電が開始される。平滑コンデンサ２２の充電が開始されても、充電電流が所望の条件を満たすように制御されており、過度な突入電流が生じることなく平滑コンデンサ２２の充電が行われる。

【0056】

平滑コンデンサ２２の充電量が増加して、平滑コンデンサ２２の端子電圧が、直流給電装置３０から供給される直流電力の電圧に達する（時刻ｔ３）。平滑コンデンサ２２の端子電圧が上記の直流給電装置３０から供給される直流電力の電圧に達すると、コントローラ１１は、スイッチ部２５の半導体スイッチを導通状態に維持するように制御していても、第１電圧Ｖ１の上昇は止まり電圧の変化がなくなる。また、この段階になると、平滑コンデンサ２２の充電電流が低下する。

【0057】

コントローラ１１は、平滑コンデンサ２２に流れる電流が、所定値以下になると電磁リレー２６を導通状態に制御して、スイッチ部２５の半導体スイッチを遮断状態に制御する（時刻ｔ４）。これにより、コントローラ１１は、電力変換装置１０の始動処理を終えて、電力変換部本体２１による電力変換を実施する定常電圧運転モードの制御に移行する。

【0058】

上記の状態が維持されたまま時刻ｔ５になり、交流電源２の停電が発生したと仮定する。これにより、直流給電装置３０から供給される直流電力の電圧が、蓄電池の電圧ＶＢまで低下する。コントローラ１１は、直流給電装置３０から供給される直流電力の電圧の低下を検出して、その検出結果により電磁リレー２６を遮断状態に制御して、スイッチ部２５の半導体スイッチを導通状態に制御する。

【0059】

時刻ｔ６になると、直流給電装置３０から供給される直流電力の電圧は、蓄電池３２の電圧ＶＢになり低下が止まる。時刻ｔ６以降もコントローラ１１による電磁リレー２６とスイッチ部２５の制御に変わりはない。

【0060】

上記のように直流給電装置３０から蓄電池３２の電圧に依存した電圧が供給された状態に維持されているなかで、時刻ｔ１１に交流電源２が復電したと仮定する。これにより、直流給電装置３０から供給される直流電力の電圧が上昇し、その変化率が大きくなる。

【0061】

コントローラ１１は、交流電源２の復電を、直流給電装置３０から供給される直流電力の電圧（第１電圧Ｖ１）の上昇と、平滑コンデンサ２２に流れる電流の増加の何れかにより検出する。

【0062】

コントローラ１１は、スイッチ部２５を介して、充電電流が所望の条件を満たすように制御して平滑コンデンサ２２の充電を開始する。平滑コンデンサ２２の充電が開始されても、過度な突入電流が生じることなく平滑コンデンサ２２の充電が行われる（時刻ｔ１２）。

【0063】

平滑コンデンサ２２の充電量が増加して、平滑コンデンサ２２の端子電圧が、直流給電装置３０から供給される直流電力の電圧に達する（時刻ｔ１３）。平滑コンデンサ２２の端子電圧が上記の直流給電装置３０から供給される直流電力の電圧に達すると、コントローラ１１は、スイッチ部２５の半導体スイッチを導通状態に維持するように制御しても、第１電圧Ｖ１の上昇は止まり電圧の変化がなくなる。また、この段階になると、平滑コンデンサ２２の充電電流がなくなる。

【0064】

コントローラ１１は、平滑コンデンサ２２に流れる電流が、所定値以下になると電磁リレー２６を導通状態に制御して、スイッチ部２５の半導体スイッチを遮断状態に制御する（時刻ｔ１４）。これにより、コントローラ１１は、電力変換装置１０の始動処理を終えて、電力変換部本体２１による電力変換を実施する定常電圧運転モードの制御に移行する。

【0065】

復電後の制御は、前述の時刻ｔ４以降と同じである。

【0066】

上記の実施形態によれば、電力変換装置１０は、少なくともコントローラ１１と、電圧検出部１５と、電圧検出部１６と、電流検出部１７と、電力変換部本体２１と、平滑コンデンサ２２と、電磁リレー２６と、スイッチ部２５と、を備える。
スイッチ部２５は、電磁リレー２６に並列に接続され、第１接続導体に流れる第２電流を調整する。コントローラ１１は、第１電圧Ｖ１と第２電圧Ｖ２と第１電流とに基づいて、電磁リレーに流れるピーク電流を低減させるように、少なくともスイッチ２６に流す第２電流を制御する。これにより、電力変換装置１０は、電源電圧の変動による過度な電流を抑制することができる。

【0067】

なお、コントローラ１１は、平滑コンデンサ２２を充電する際の第１電流の時間変化率が予め定められた電流閾値を超えないようにスイッチ部２５に流す第２電流を調整してもよい。これにより、スイッチ部２５に流す第２電流値が制限されることにより、突入電流の大きさを抑制することができる。

【0068】

なお、コントローラ１１は、ＰＷＭ制御によってスイッチ部２５の半導体スイッチに流す第２電流を調整することで、突入電流の大きさを抑制することができる。

【0069】

なお、コントローラ１１は、第１電圧Ｖ１と第２電圧Ｖ２との電位差が、予め定められた電圧閾値を超えないようにスイッチ部２５の半導体スイッチのスイッチングを制御してもよい。これにより、第１電圧Ｖ１と第２電圧Ｖ２との電位差に基づいて電流を制御することができる。

【0070】

なお、コントローラ１１は、第１電圧Ｖ１が予め定められた電圧範囲にある場合には、電磁リレー２６を導通させて、スイッチ部２５の半導体スイッチを遮断して、電圧範囲を下回る場合には、電磁リレー２６を遮断して、スイッチ部２５の半導体スイッチを導通させてもよい。これにより、第１電圧Ｖ１が予め定められた電圧範囲よりも低下した場合に、突入電流が発生することを見越してスイッチ部２５の半導体スイッチによる制御を速やかに実施することができる。

【0071】

なお、比較例の電力変換装置を用いた場合には、直流給電装置３０など給電システムから供給される直流電力の電圧変動により、過渡的な突入電流が流れることがある。このような場合、比較例の電力変換装置の入力側に設けられていたヒューズが溶断したり、電源回路に設けられているスイッチの接点が故障したりする恐れがあった。

【0072】

上記の比較例の電力変換装置に代えて、本実施形態の電力変換装置１０を適用することで、給電システムの電圧変動にかかわらず、突入電流が抑制されるので、装置運転の信頼性を向上させることができる。

【符号の説明】

【0073】

１０…電力変換装置、１１…コントローラ、１３…電源部、１４…入力部（操作部）、１５…電圧検出部、１６…電圧検出部、１７…電流検出部、２０…主回路、２１…電力変換部本体（変換部本体）、２２…平滑コンデンサ、２３…ダイオード、２５…スイッチ部（調整部）と、２６…電磁リレー（リレースイッチ）

【要約】

【課題】電源電圧の変動による過度な電流を抑制する電力変換装置を提供する。
【解決手段】電力変換装置は、電源から直流電力が供給される入力端子間の第１電圧を計測する第１電圧検出部と、直流電力を交流電力に変換する変換部本体に供給される前記直流電力を平滑化する平滑コンデンサと、平滑コンデンサの第１端子と第２端子間の第２電圧を計測する第２電圧検出部と、平滑コンデンサに流れた第１電流を計測する電流検出部と、前記第１接続導体に設けられ、前記電源から前記変換部本体と前記平滑コンデンサとに供給される第１の直流電力を遮断するリレースイッチと、前記リレースイッチに並列に接続され、前記第１接続導体に流れる第２電流を調整する調整部と、前記第１電圧と前記第２電圧と前記第１電流とに基づいて、前記リレースイッチに流れるピーク電流を低減させるように、少なくとも前記調整部に流す第２電流を制御する制御部とを備える。
【選択図】図１

【図1】

【図2】

【図3】