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公開番号2025102549
公報種別公開特許公報(A)
公開日2025-07-08
出願番号2023220065
出願日2023-12-26
発明の名称直流電源回路
出願人株式会社ダイヘン
代理人弁理士法人酒井国際特許事務所
主分類H02M 3/28 20060101AFI20250701BHJP(電力の発電,変換,配電)
要約【課題】通電開始直後に、簡易かつ確実に短絡状態を検出・判定し、機器の破損を防ぐ。
【解決手段】直流電源装置10は、可変直流電圧源11と、インバータ12と、インバータの出力端に設けられた共振回路13と、共振回路の出力端に設けられたトランス14と、トランスの出力を整流する整流回路15と、一対の外部出力端子の間に接続されたコンデンサC3と、コンデンサの電圧を検出する出力電圧検出回路17と、出力電流を検出する出力電流検出回路18と、検出した電圧及び電流に基づき外部出力端子間の負荷抵抗値を算出する負荷抵抗算出部、負荷抵抗値が所定の閾値以下である場合に、短絡状態と判定する短絡判定部及び出力電圧が所定の電圧値となるように制御する出力電圧制御部を有する制御回路19と、を備える。
【選択図】図1
特許請求の範囲【請求項１】
入力する直流電圧の電圧値を所定の電圧値に変換して負荷に向けて出力する直流電源回路であって、
直流電圧を出力する直流電圧源と、
直流電圧を交流電圧に変換するインバータと、
前記インバータの出力端に設けられた共振回路と、
前記共振回路の出力端に設けられたトランスと、
前記トランスの出力を整流して直流電力とする整流回路と、
一対の外部出力端子の間に接続されたコンデンサと、
前記コンデンサの電圧を検出する出力電圧検出回路と、
前記直流電源回路の出力電流を検出する出力電流検出回路と、
検出した前記コンデンサの電圧及び前記出力電流に基づいて、前記外部出力端子間の負荷抵抗値を算出する負荷抵抗算出部と、
前記負荷抵抗値が所定の閾値抵抗値以下である場合に、短絡状態であると判定する短絡判定部と、
検出した前記出力電圧が所定の電圧値となるように制御する出力電圧制御部と、
を備え、
前記出力電圧制御部は、前記直流電源回路が出力開始するときの出力電圧の目標値を、予め定めた出力開始時の電圧値から所定の電圧値まで、時間の経過とともに目標値を大きくする出力電圧制御を行うとともに、前記短絡判定部において短絡状態であると判定したときに、前記直流電源回路の出力を停止する、
直流電源回路。
続きを表示（約 450 文字）【請求項２】
前記短絡判定部は、前記負荷抵抗値が所定の閾値抵抗値以下であり、かつ、前記出力電流が所定の閾値電流値以上である場合に短絡状態であると判定する、
請求項１に記載の直流電源回路。
【請求項３】
前記短絡判定部は、前記負荷抵抗値が所定の閾値抵抗値以下であり、かつ、通電開始から所定時間が経過した場合に、短絡状態であると判定する、
請求項１に記載の直流電源回路。
【請求項４】
前記整流回路と前記コンデンサとの間にインダクタを備え、
前記コンデンサは、前記インダクタと協働して、ロウパスフィルタ回路として機能する、
請求項１に記載の直流電源回路。
【請求項５】
前記直流電圧源は、出力電圧値を調整可能であり、
前記出力電圧制御部は、前記直流電圧源の出力電圧を制御することにより、検出した前記出力電圧値が前記出力電圧の目標値となるように制御する、
請求項１～請求項４のいずれか１項に記載の直流電源回路。

発明の詳細な説明【技術分野】
【０００１】
本発明は、直流電源回路に関する。
続きを表示（約 1,700 文字）【背景技術】
【０００２】
直列共振コンバータ方式を用いた直流電源装置が知られている。直列共振コンバータ方式を用いた直流電源装置は、大電力を出力することができる。
【先行技術文献】
【特許文献】
【０００３】
特開２０１３-２３６５３１号公報
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【０００４】
ところで、直列共振コンバータ方式を用いた直流電源装置においては、電圧印加中にアーク放電等を含む負荷急変発生時のサージ電流を検出し、電力供給を停止するために、カレントトランスなどを用いた短絡検出機構が搭載されていた。
しかしながら、上記短絡検出機構は、電流の急激な変化を検出する構成を採っているため、例えば、初めから負荷が短絡している状態で通電開始する場合などのように電流の急変が発生しない条件では作動しない。
このため、インバータ内部に意図しない大電流を加えることとなり、機器の破損リスクや、回路構成の制約につながるという問題点があった。
【０００５】
本発明は、上記に鑑みてなされたものであって、通電開始直後に、簡易、かつ、確実に短絡状態を検出・判定し、機器の破損を防ぐことができる直流電源回路を提供する。
【課題を解決するための手段】
【０００６】
上述した課題を解決し、目的を達成するために、本発明に係る直流電源回路は、入力する直流電圧の電圧値を所定の電圧値に変換して負荷に向けて出力する直流電源回路であって、直流電圧を出力する直流電圧源と、直流電圧を交流電圧に変換するインバータと、前記インバータの出力端に設けられた共振回路と、前記共振回路の出力端に設けられたトランスと、前記トランスの出力を整流して直流電力とする整流回路と、一対の外部出力端子の間に接続されたコンデンサと、前記コンデンサの電圧を検出する出力電圧検出回路と、前記直流電源回路の出力電流を検出する出力電流検出回路と、検出した前記出力電圧及び前記出力電流に基づいて、前記外部出力端子間の負荷抵抗値を算出する負荷抵抗算出部と、前記負荷抵抗値が所定の閾値抵抗値以下である場合に、短絡状態であると判定する短絡判定部と、検出した前記コンデンサの電圧が所定の電圧値となるように制御する出力電圧制御部と、を備え、前記出力電圧制御部は、前記直流電源回路が出力開始するときの出力電圧の目標値を、予め定めた出力開始時の電圧値から所定の電圧値まで、時間の経過とともに目標値を大きくする出力電圧制御を行うとともに、前記短絡判定部において短絡状態であると判定したときに、前記直流電源回路の出力を停止する。
【発明の効果】
【０００７】
本発明によれば、通電開始直後に、簡易に短絡状態を検出・判定し、機器の破損を防ぐことができる。
【図面の簡単な説明】
【０００８】
図１は、実施形態に係る直流電源装置の概要構成図である。
図２は、制御回路の機能ブロック図である。
図３は、定格負荷時のシミュレーション結果の説明図である。
図４は、図３の部分拡大図である。
図５は、短絡時のシミュレーション結果の説明図である。
図６は、実施形態の制御回路の短絡検出／保護動作の処理フローチャートである。
図７は、短絡保護動作のタイミングの説明図である。
【発明を実施するための形態】
【０００９】
図１は、実施形態に係る直流電源装置の概要構成図である。
直流電源装置１０は、入力直流電圧を昇圧した直流の出力電圧ＶＯＵＴ（＝出力電圧値Ｖｏ）を、第１出力端子Ｔ１と第２出力端子Ｔ２との間から出力する。例えば、直流電源装置１０は、プラズマ発生装置に供給されるパルス電圧を発生するパルス電圧発生装置の内部の直流電源として用いられる。
【００１０】
直流電源装置１０は、可変直流電圧源１１と、インバータ１２と、共振回路１３と、トランス１４と、整流回路１５と、平滑回路１６と、電圧検出回路１７と、電流検出回路１８と、制御回路１９と、を備えている。
（【００１１】以降は省略されています）

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