专利名称：冲击电流减小电路及电气设备的制作方法
技术领域：
本发明涉及可以减少电路元件数量的沖击电流减小电路以及电气设备。
技术背景通过实现电源使用效率的高效化的逆变器技术的兴起，向一般电气产品的应用不断渗透。逆变器设备，通过将切换(switching)频率改变为高频率，使 电源变压器小型轻量化，实现了高效化，但是产生电-兹噪音那样伴随切换的大 量的高次谐波成分，因此，出于防止对其它设备的电磁干扰的目的， 一般安装 电源滤波器。但是，仅着眼于恒定使用该设备的条件下的特性来设计这种电源 滤波器。考虑到电源利用的高效化或节能化，确立釆用在不需要时切断电源来 停止动作、仅在必要时接通电源的使用方法，在此之前如上那样频繁地进行电 源的接通 断开。作为减小由于电源接通而产生的冲击电流(突入電流)的技术，例如在特 开平5 - 19879号公报中公开了如下技术在电源线中插入MOSFET，通过分 压单元调整其4册极电压，由此使流过电源线的电流(漏极电流)恒定。在这种状况中包含电源滤波器电路，因此伴随电源接通切断的过渡干扰波 增加。根据以往的情况可知，当向设备接通、切断电源时产生过渡电流(過渡 電流)，但是关于逆变器设备的冲击电流的大小的报告非常少。冲击电流是左 右配电系统整体、电源的品质的因素，若不抑制冲击电流则难以进行稳定的电 力供给。另外，为了减小交流的冲击电流，有时使用交流沖击电流减小电路，其包 含使正方向的冲击电流减小的电路、和使负方向的冲击电流减小的电路。所述冲击电流减小电路需要两个相同电路，因此电路元件数有增多的趋 势。另外，在各电路中需要高价的功率MOSFET或功率晶体管，因此，作为 冲击电流減小电路也有高价的趋势。 发明内容鉴于上述问题而作出本发明，其目的在于提供可以减少电路元件数量的沖 击电流减'J、电路及电气设备。为了解决上述问题，本发明的第一方式提供一种冲击电流减小电路，其具有在被插入了负载电路的交流电路中所插入的二极管桥；以及在来自该二极管桥的电流所流过的电路中所插入的直流冲击电流减小电路。本发明的第二方式提供一种冲击电流减小电路，其具有在被插入交流电 路的二极管桥的后级以后连接有负载电路时的该交流电路中所插入的二极管桥；以及在来自该二极管桥的电流所流过的电路中所插入的直流沖击电流减小电路。本发明的第三方式，作为第二方式中的沖击电流减小电路，其中具有控制 电路，该控制电路从存在于连接了负载电路的二极管桥的后级以后的第一电路 节点起，到存在于直流冲击电流减小电路中的第二电路节点为止。本发明的第四方式，作为第三方式中的冲击电流减小电路，其中，控制电 路具有阻止向第 一 电路节点的逆电流的二极管。本发明的第五方式提供一种电气设备，其具有第一至第四方式中的任意 一种中的冲击电流减小电路；以及负载电路。本发明的第六方式，作为第五方式中的电气设备，其中，具有从作为负载 电路的逆变器供给电力的驱动部。本发明的第七方式，作为第五方式中的电气设备，其中，具有从作为负载 电路的逆变器供给电力的光源。根据本发明，通过在来自二极管桥的电流所流过的电路中插入直流沖击电 流减小电路，与在交流电路中插入交流冲击电流减小电路的情况相比，可以减 少电路元件的个凄丈。
图l是使用了第一实施方式的冲击电流减小电路的电气设备的电路图。 图2是在第一实施方式中，交流电源1的开关SW1侧的电极的电压较高的情况下的等价电路。图3是在第一实施方式中，交流电源1的开关SW2侧的电极的电压较高的情况下的等价电路。图4是使用了第二实施方式的冲击电流减小电路的电气设备的电路图。图5是在第二实施方式中，交流电源1的开关SW2侧的电极的电压较高 的情况下的等价电路。电气电路。图7 (a)是表示图6的比较例的电路中测定的冲击电流的大小及变化的图。图7 (b)是表示本发明的实施方式的电气设备中测定的冲击电流的大小 及变化的图。
具体实施方式
以下，参照
本发明的实施方式。(第一实施方式)图1是使用了第一实施方式的冲击电流减小电路的电气设备的电路图。该电气设备和单相的交流电源1一起使用，由该交流电源l供给电力，即 对交流电源l来说，具有作为负载电路的逆变器2。另外，该电气设备还具有 例如由该逆变器2供给电力的光源3。交流电源1的一个电极，经由双断开关的一个开关SW1和构成噪音滤波 器NTF的一个电感器L，与二级管桥DB1的一个交流输入节点相连。另 一方面， 二极管桥DB1的另一个交流输入节点，经由构成噪音滤波器NF的另一个电 感器L,与二极管桥DB2的一个交流输入节点相连。二极管桥DB2的另 一个 交流输入节点，经由双断开关的另一个开关SW2，与交流电源1的另一个电 极相连。在噪音滤波器NF中，在输入节点和输出节点间连接了电容器C。二极管桥DB2的正端(plus side)的输出节点(脉动电流输出节点)，与 作为N沟道MOSFET (场效应晶体管)的晶体管Ql的漏极相连，晶体管Ql 的源极与二极管桥DB2的负端(minus side)的输出节点相连。换言之，二极 管桥DB2的输出节点并列连接在晶体管Ql的源极-漏极间。电阻R1的一端 与晶体管Ql的漏极相连，电阻R1的另一端与晶体管Ql的栅极相连。电阻 R2的一端与晶体管Ql的栅极相连，电阻R2的另一端与晶体管Ql的源极相 连。电容器C1与电阻R2并联连接。由这些晶体管Q1、电阻R1、 R2以及电容器C1构成的电路，构成本实施 方式中的直流冲击电流减小电路5。即直流沖击电流减小电^各5,由对于二极 管桥DB2的正端的输出节点连接了漏极的晶体管Ql、连接在晶体管Ql的漏 极-栅极间的电阻R1、连接在晶体管Ql的源极-漏极间的电阻R2、与电阻 R2并联连接的电阻C1构成。另夕卜，直流冲击电流减小电路5被连接在交流电 源1和噪音滤波器NF之间。此外，在二极管桥DB2的交流输入节点间，经由噪音滤波器NF而施加了 从交流电源1输出的交流电压。二极管桥DB1的正端的输出节点与逆变器2的正端的输入节点相连，二 极管桥DB1的负端的输出节点与逆变器2的负端的输入节点相连。在逆变器2中，在其输入节点间连接具有比较大的电容量的电解电容器 2A，各输入节点与电压变换电路2B的各输入节点相连。在电压变换电路2B的正端的输出节点上连接了电阻R3的一端，电阻R3 的另一端与晶体管Ql的栅极相连。从电压变换电路2B的正端的输出节点到 晶体管Q1的栅极的电路，构成本实施方式的控制电路6。电压变换电路2B的负端的输出节点虽没有图示，但与电压变换电路2B 的负端的输入节点连接，而且在该负端的输出节点和正端的输出节点之间连接 有光源3。(第一实施方式的动作)在交流电源1的开关SW1侧的电极的电压比另一方的电极的电压高的情 况下，当双断开关从断开(OFF)变为接通(ON)时，向噪音滤波器NF的电 容器C流过高频率的沖击电流，此后，在逆变器2的电解电容器2A中流过低 频率的冲击电流。此时，晶体管Q1为断开，由于电阻R1和电阻R2比较大， 因此流过直流冲击电源减小电路5的电流微弱，^旦通过该电流从交流电源1 经由二极管桥DB2和电阻R开始电容器C1的充电。在充电开始最初，电容器Cl的两端的电位差4艮小，晶体管Ql的栅极电 压也很低，因此晶体管Q1被截止。然后，继续进行电容器C1的充电，随着晶体管Q1的栅极电压緩慢升高， 流过晶体管Ql的电流緩慢增大。即，根据由电阻Rl、电阻R2以及电容器Cl决定的规定时间常数，从双断开关接通的时刻延迟地在晶体管Ql的源极 -漏极间开始流过电流，此后，该电流逐渐增大。在该时刻，在噪音滤波器 NF的电容器C和逆变器2的电解电容器2A中充了不少电，因此，当此后流 向噪音滤波器NF的电容器C的电流(高频率的冲击电流)和流向逆变器2的 电解电容器2A的电流(低频率的冲击电流)分别达到最大时，各个最大电流 值低于没设置晶体管Ql的情况下的值。即，可以減小冲击电流。在交流电源1的开关SW2侧的电极的电压较高的情况下，当接通双断开 关时，向噪音滤波器NF的电容器C流过高频率的冲击电流，此后，在逆变器 2的电解电容器2A中流过低频率的冲击电流。此时，晶体管Q1为截止，由 于电阻R1和电阻R2比较大，因此流过直流沖击电流减小电路5的电流微弱， 但通过该电流，从交流电源1经由二极管桥DB2和电阻R1开始电容器C1的 充电。在充电开始最初，电容器C1两端的电位差很小，晶体管Q1的栅极电压 也很低，所以晶体管Q1被截止。然后，继续电容器C1的充电，随着晶体管Ql的栅极电压的緩慢升高， 流过晶体管Ql的电流緩慢增大。即，根据由电阻R1、电阻R2以及电容器 Cl决定的规定时间常数，从双断开关接通的时刻延迟地在晶体管Ql的源极 -漏极间开始流过电流，此后，该电流逐渐增大。在该时刻，在噪音滤波器 NF的电容器C和逆变器2的电解电容器2A中充了不少电，因此，当此后经 由晶体管Q1流向噪音滤波器NF的电容器C的电流(高辦率的沖击电流)以 及流向逆变器2的电解电容器2A的电流(低频率的沖击电流)分别达到最大 时，各个最大电流值低于没设置晶体管Q1的情况下的值。即，可以减小冲击 电流。最大值降低同时通过该电流对电解电容器2A充电，由此，当在电压变换 电路2B的输入节点间施加电压时，电压变换电路2B使该电压升压或降压， 通过施加该电压而使光源3点亮。此外，理想的是，在交流电源1的开关SW1侧的电极的电压较高的相位 期间、开关SW2侧的电极的电压较高的相位期间中的任何一个期间，都使晶 体管Q1的漏极-源极间电压足够小，减小晶体管Q1中的电力损耗。具体而言，以使栅极电压足够高的方式来设定电阻Rl和电阻R2的电阻
值，而且以使电容器C1不放电的方式来设定该电容器Cl的静电容量和电阻 Rl和电阻R2的电阻值即可。
然而，仅通过所述设定，当晶体管Q1的漏极电流较小时，其漏极-源极 间电压以及在此的电力损耗有时增加。
此时，电容器C1的电荷进行放电，晶体管Ql的栅极电压降低。
在该电气设备中，通过将电压变换电路2B的正端的输出节点经由电阻R3 与晶体管Ql的栅极连接来防止电容器Cl的放电，由此将晶体管Ql的栅极 电压保持得较高，因此可以防止漏极-栅极间电压和电力损耗的增加。
图2是交流电源1的开关SW1侧的电极的电压较高的情况下的等价电路， 图3是交流电源1的开关SW2侧的电极的电压较高的情况下的等价电路。在 这些图中，以直流电源的符号来表示交流电源1 。另外，使双断开关的开关SW1 和SW2接通，将它们省略。另外，省略了噪音滤波器NF。另外，关于二极管 桥DB1和DB2，仅表示了导通的二极管。
如图2所示，当开关SW1侧的电极的电压较高时，在二极管桥DB1中， 在其正端的输出节点和二极管桥DB2侧的交流输入节点之间连接的二极管 Dll导通。另外，在二极管桥DB2中，在其负端的输出节点和另一个交流输 入节点之间连接的二极管D12导通。
另外，在二极管桥DB2中，在其正端的输出节点与二极管桥DB2侧的交 流输入节点之间连接的二极管D21导通。另外，在二极管桥DB2中，在其负 端的输出节点与另一个交流输入节点之间连接的二极管D22导通。
由此，与电压变换电路2B的输出节点间的电位差的大小无关，电压变换 电路2B的正端的输出节点的电位高于晶体管Ql的对册极电位。从而，电容器 Cl的电荷不向电压变换电路2B的正端的输出节点侧放电。
另一方面，如图3所示，当开关SW2侧的电极的电压较高时，在二极管 桥DB1中，在其正端的输出节点和二极管桥DB2侧的交流输入节点之间连接 的二极管D13导通。另外，在二极管桥DB1中，在其负端的输出节点和另一 个交流输入节点之间连接的二极管D14导通。
另外，在二极管桥DB2中，在其正端的输出节点和二极管桥DB1侧的交流输入节点之间连接的二极管D23导通。另外，在二极管桥DB2中，在其负 端的输出节点和另一个交流输入节点之间连接的二极管D24导通。
由此，当电压变换电路2B的输出节点之间的电位差较小时，电压变换电 路2B的正端的输出节点的电位低于晶体管Ql的栅极的电位。例如，当光源 3包含LED (发光二极管)那样的以低电压发光的元件时，由于电压变换电路 2B的输出节点间的电位差较小，因此电压变换电路2B的正端的输出节点的电 位低于晶体管Ql的栅极电位。
由此，电容器Cl的电荷向电压变换电路2B的正端的输出节点侧放电， 晶体管Q1的栅极电压不能够保持得较高。因此，该电气设备中，例如光源3 包含像荧光灯那样以高电压发光的元件，当电压变换电路2B的输出节点间的 电位差大时发挥效果。
如上所述，根据第一实施方式，通过在来自二极管桥DB2的电流所流过 的电路中插入了直流沖击电流减小电路5，与将反向连接该直流冲击电流减小 电路5而构成的交流冲击电流减小电路插入交流电路、即从交流电源1的一个 电极到另一个电极的电路中的情况相比，可以减少电路元件个数(几乎减半)。 特别是可以将高价的晶体管的数量减半。从而可以实现冲击电流减小电路和电 气设备的小型化，也可以将它们安装在较小的机箱等中。
此外，在第一实施方式中，在被插入交流电路的二极管桥DB1的后级以 后连接了逆变器2 (负载电路)时的该交流电路中，插入二极管桥DB2，在来 自该二极管桥DB2的电流所流过的电i 各中插入了直流冲击电流减小电路5， 但也可以例如在插入了交流电动机等负载电路的交流电路中插入二极管桥 DB2，在来自该二极管桥DB2的电流所流过的电路中插入直流冲击电流减小 电路5。
另外，根据第一实施方式，通过具有控制电路6而适合于电压变换电路 2B的输出节点间的电位差较大等情况。所述控制电路6从存在于二极管桥DB1 的后级以后的第一电路节点起，到存在于直流冲击电流减小电路5中的第二电 路节点为止(从电压变换电路2B的正端的输出节点到晶体管Ql的栅极为止
的电路)。
(第二实施方式)图4是使用第二实施方式的冲击电流减小电路5的电气设备的电路图。
如图4所示，该电气设备大体上与图1所示的电气设备相同。区别仅在于， 电阻R3未与电压变换电路2B的正端的输出节点相连的一端与二极管D1的阳 极相连，二极管Dl的阴极与晶体管Ql的栅极相连。
在该电气设备中也如图2所示，当开关SW1侧的电极的电压较高时，在 二极管桥DB1中，二极管Dll和D12导通。另外，在二极管桥DB2中，二 极管D21和D22导通。
由此，与电压变换电路2B的输出节点间的电位差的大小无关，电压变换 电路2B的正端的输出节点的电位高于晶体管Ql的栅极的电位。从而，电容 器C1的电荷不向电压变换电路2B的正端的输出节点侧放电。
图5是交流电源1的开关SW2侧的电极的电压较高时的等价电路。在该 图中，以直流电源的符号表示交流电源1。另外，使双断开关的开关SW1和 SW2接通，将它们省略。另外，省略了噪音滤波器NF。另外，在二极管桥 DB1和DB2中仅表示导通的二极管。
如图5所示，当开关SW2侧的电极的电压较高时，在二极管桥DB1中二 极管D13和D14导通。另外，在二极管桥DB2中二极管D23和D24导通。
由此，有时电压变换电路2B的正端的输出节点的电位低于晶体管Ql的 才册极的电位。
然而，通过二极管D1，电容器C1的电荷不向电压变换电路2B的正端的 输出节点侧放电。从而，第二实施方式的电气设备中，当光源3包含荧光灯等 以高电压发光的元件、电压变换电路2B的输出节点间的电位差较大时，当然 可以使用，而且在光源3包含LED等以低电压发光的元件、电压变换电路2B 的输出节点间的电位差较小时也可以使用。
如上所述，根据第二实施方式，控制电路6 (从电压变换电路2B的正端 的输出节点到晶体管Ql的栅极的电路)具备阻止向第一电路节点(电压变换 电路2B的正端的输出节点)的逆电流的二极管Dl,由此也适合于电压变换 电路2B的输出节点间的电位差较小的情况。
接下来，说明第二实施方式的电气设备所起到的效果。首先，说明作为为 了研究其效果而使用的比较例的电路。如图6所示，比较例的电路具有交流电源1;相对于交流电源的两极而分别设置的、构成双断开关的SW1和SW2; 相对于开关SW1和SW2并联连接的噪音滤波器NF;输入节点与噪音滤波器 NF的输出节点并联连接的二极管桥DB1;与二极管桥DB1的输出节点并联连 接的逆变器2。逆变器2具有电压变换电路2B;与该电压变换电路2B的输 出节点并联连接的电解电容器2A。在逆变器2的输出侧设置了由逆变器2提 供电力的光源3。即比较例的电路与第二实施方式的电气设备相比，区别在于 不具有二4及管桥DB2、沖击电流减小电路5和控制电路6，在其它方面相同。 图7 (a)表示通过插入到上述比较例的电路的交流电源1和开关SW1之 间的电流计而测定的电流的变化。横轴表示时间。如图所示可知在原点(零) 将开关SW1和SW2接通时流过30A左右的冲击电流，以后该电流一边脉动 一边减小。另外，该脉动持续大约3.5xl04秒。即在比较例的电路中产生最 大振幅达到60A ( +/-30A)的冲击电流，在其充分衰减之前需要3.5xl(T4 秒左右。
与之相对，通过与比较例的电路相同的测定方法在第二实施方式的电气设 备中测定电流时，如图7 (b)所示，可知在接通开关SW1和SW2后的冲击 电流不超过仅0,2A左右。另外，冲击电流的脉动也仅在1 x 104秒后消失。通 过上述内容来理解本发明的第二实施方式中的效果。此外，第一实施方式的电 气设备除了在控制电路6中没有二极管D1这一点以外，与第二实施方式的电 气设备具有相同结构，因此显然起到相同效果。
此外，在这些实施方式中，若可以允许晶体管Q1中的电力损耗，则可以 不设置控制电路6。另外，在第一和第二实施方式中，控制电路6被设置在电 压变换电路2B的正端的输出节点和晶体管Ql的栅极之间，但取而代之也可 以将其设置在电解电容器2A的正端的节点和晶体管Ql的栅极之间。该结构 适用于作为光源3而使用荧光灯等通过交流电点亮的照明设备的情况。另外， 即使在与电解电容器2A的正端的节点相连的情况下，也与连接于电压变换电 路2B的正端的输出节点的情况相同地，发挥防止电容器C1的放电的效果。 此外，图7 (b)所示的曲线图是将控制电路6设置在电解电容器2A的正端的 节点和晶体管Ql的栅极之间的情况下的结果。
另外，通过同一开关将多台电气设备与交流电源相连时，产生相当大的冲击电流，但通过对各个电气设备应用本发明可以使该冲击电流相当小。
另外，这些实施方式的电气设备也可以具有取代光源3的驱动部。在该电
气设备中，当在电压变换电路2B的输入节点间施加电压时，电压变换电路2B 使该电压升压或降压，通过向驱动部施加该电压来驱动驱动部。除此以外的动 作相同。因此可以减少具备驱动部的电气设备的电路元件个数。
另外，通过具有噪音滤波器NF，可以防止动作过程中的电磁干扰，因此 在电源接通时和动作过程中的两种情况下，可以维持电磁干扰较少的状态。
另外，虽然使用了 N沟道MOSET，但也可以使用NPN双极性晶体管。 另外，也可以使用P沟道MOSFET或PNP双4及性晶体管。另外，在这些实施 方式中使用了双断开关，但也可以使用单断开关。
产业上的可利用性
通过本发明的沖击电流减小电路，可以防止应用了逆变器技术的一般电气 产品不单在恒定动作时而且在启动时也产生的电磁干扰。因此，在各种生产领 域中，通过减小对其它电气设备的不良影响来防止其误动作，从而有助于提高 安全性。
权利要求
1.一种冲击电流减小电路，其特征在于，具有在被插入了负载电路的交流电路中所插入的二极管桥(DB2)；以及在来自该二极管桥的电流所流过的电路中所插入的直流冲击电流减小电路(5)。
2. (修改后) 一种冲击电流减小电路，其特征在于，具有在被插入交流电路的二极管桥(DB2)的后级以后连接有负载电 路时的该交流电路中所插入的二极管桥(DB1);以及在来自该二极管桥(DB1)的电流所流过的电路中所插入的直流沖击电 流减小电路(5 )，所述直流冲击电流减小电路(5)具有在来自所述二极管桥(DB1)的 电流所流过的电路中所插入的半导体元件(Ql);与该半导体元件的偏置控 制点相连，并且通过该电流被充电，使该偏置控制点的电压即偏置电压上升 的电容器(C1);与该电容器并联连接的电阻(R2)。3. 根据权利要求2所述的冲击电流减小电路，其特征在于， 具有控制电路(6),该控制电路(6)从存在于连接了所述负载电路的二极管桥(DB2)的后级以后的第一电路节点起，到存在于所述直流沖击电流 减小电路(5)中的第二电路节点为止。4. 根据权利要求3所述的沖击电流减小电路，其特征在于， 所述控制电路(6)具有阻止向所述第一电路节点的逆电流的二极管(Dl )。5. —种电气设备，其特征在于，具有权利要求1至4中任意一项所述的冲击电流减小电路(5 );以及所述负载电^各(2)。6. 根据权利要求5所述的电气设备，其特征在于， 具有从作为所述负载电路(2)的逆变器供给电力的驱动部。7. 根据权利要求5所述的电气设备，其特征在于， 具有从作为所述负载电路(2)的逆变器供给电力的光源(3)。根据条约第19条修改时的声明1. 修改的内容(1 )在权利要求1和2中追加了发明特定事项。 (2)未对权利要求3—7进行变更。 (3 )未进行权利要求的追加以及删除。2. 说明通过在权利要求1和2中追加了应包含在"直流冲击电流减小电路"中的 结构，明确了该直流冲击电流减小电路。根据本申请的附图1~5可知，该修 改未超出国际申请的公开范围。另外，在以后的适当的时期或手续中，即使进 行与该修改相符合的、对说明书中的记载内容的变更，该变更也是在国际申请 的开关范围内进行的。修改后的权利要求1和2中的冲击电流减小电路，未记载于国际检索报告 中所列出的文献中，并且本领域技术人员难以根据这些文献来进行发明。
全文摘要
二极管桥(DB2)的正端的输出节点与晶体管(Q1)的漏极相连，晶体管(Q1)的源极与二极管桥(DB2)的负端的输出节点相连。电阻(R1)的一端与晶体管(Q1)的漏极相连，电阻(R1)的另一端与晶体管(Q1)的栅极相连。电阻(R2)的一端与晶体管(Q1)的栅极相连，电阻(R2)的另一端与晶体管(Q1)的源极相连。电容器(C1)与电阻(R2)并联连接。
文档编号H02M7/537GK101292416SQ20068003895
公开日2008年10月22日 申请日期2006年10月19日 优先权日2005年10月20日
发明者井口贤司, 佐藤保, 服部光男, 菅野伸 申请人:Ntt前进技术株式会社;日本电信电话株式会社;株式会社共进电机制作所