支持直流供电空调机的抑制冲击电流电路的制作方法

1.本发明涉及被供给直流电压的支持直流供电空调机的抑制冲击电流电路。


背景技术：

2.在直流供电中，从电源向各负载供给直流的电压而不是交流的电压。作为现状的从数据中心等的电源侧向负载侧的结构，1.将被以交流配电的电压在电源装置侧从交流转换为直流，此时在直流系统中连接电池或太阳能发电等。之后，2.将被转换的直流再转换为交流，并向空调机等各负载供给。来自电源的交流电流向空调机供给。空调机3.将被供给的交流电流转换为直流。转换后的直流电流4.为了压缩机等的马达驱动，而从直流向交流再转换。
3.通过削减上述“2.”的在电源装置侧的从直流向交流转换，从而能够减少该转换损失，因此在消耗电力多的数据中心等中，直流供电系统受到瞩目。从电源向空调机等负载以直流进行供电，因此能够进行稳定的直流电压的供给，而没有脉动电压。另外，在发生了工业电源停电时，期望继续负载的动作。
4.在数据中心运转的支持直流供电的空调机等中，要求即使瞬时停电发生时也继续进行动作的高可靠性。在空调机中，必须在空调机内蓄积在瞬时停电期间用于向空调机的压缩机或风扇用马达等负载继续供电的能量。因此，需要将具备继续动作时间所需的容量的电解电容器设置在空调机内的直流电路的正极(p)和负极(n)之间。在电源接通时，由于对该电解电容器产生过大的冲击电流，因此抑制冲击电流对策是必要的。以往，作为防止冲击电流的对策，是与电解电容器串联地配置防冲击电流电阻。而且，与防冲击电流电阻并联地连接开关。公开了在电解电容器的两端电压达到某个恒定值时，与装置内控制部内的保持值进行比较，将开关接通、断开的结构。
5.专利文献1：日本特开2010-288325号公报
6.但是，在现有的抑制冲击电流电路的结构中，对电解电容器的两端电压和由装置内控制部保持的电压值进行比较，因此对陡峭的电源电压的变化的应对有可能滞后，若滞后，则过大的冲击电流流动。另外，由于是防冲击电流电阻以及电解电容器仅为一个的结构，因此存在防冲击电流电阻以及电解电容器的尺寸较大而成为大容量，难以在空间有限的空调机内配置的问题。


技术实现要素：

7.本发明是鉴于上述实际情况所做出的，目的在于提供如下的支持直流供电空调机的抑制冲击电流电路，即，在反复进行额定电压与动作保证最低电压之间的上升和下降的电源电压不稳定的现象发生时，不切换电路结构，就能够抑制冲击电流，并且能够实现节省空间。
8.根据本发明的支持直流供电空调机的抑制冲击电流电路，具备第一单元，所述第一单元具备：第一二极管，其一端与直流电源的正极p连接；电阻，其一端与所述第一二极管
的另一端连接；以及第一电解电容器，其一端连接在所述电阻的另一端与负载之间，另一端与所述直流电源的负极n连接，所述第一单元在所述直流电源与所述负载之间设置有多个，并且所述多个第一单元相互并联地设置。
9.根据本发明，具有在电解电容器充电时经由电阻进行充电，在从电解电容器向负载放电时成为低阻抗的电路结构，因此能够抑制冲击电流，并且能够实现节省空间。
附图说明
10.图1是表示实施方式1的支持直流供电空调机的抑制冲击电流电路的结构的图。
11.图2是表示与实施方式1的支持直流供电空调机的抑制冲击电流电路连接的直流电源的电源接通时电压的变化的图。
12.图3是表示与实施方式1的支持直流供电空调机的抑制冲击电流电路连接的直流电源的电压降低以及电压上升的变化的图。
13.图4是用于对实施方式1的支持直流供电空调机的抑制冲击电流电路放电时的动作进行说明的图。
14.图5是表示在直流电源的电源中发生了短时间的停电时电源电压的变化的图。
15.图6是表示实施方式1的支持直流供电空调机的抑制冲击电流电路的变形例4的图。
16.图7是表示实施方式2的支持直流供电空调机的结构的图。
具体实施方式
17.以下，参照附图对实施方式的支持直流供电空调机的抑制冲击电流电路进行说明。另外，在附图中对相同的构成要素标注相同的附图标记进行说明，仅在必要的情况下进行重复说明。另外在实施方式中，在不需要区别构成要素进行说明的情况下，将附图标记总称表示进行说明。例如，在不需要区别电解电容器c1以及电解电容器c2进行说明的情况下，表示为电解电容器c来进行说明。
18.实施方式1
19.1.结构
20.图1是表示实施方式1的支持直流供电空调机的抑制冲击电流电路1的结构的图。
21.如图1所示，在输出直流电压的直流电源vdc的正极(p)，经由布线用断路器21而连接有熔断器f1的一端。在熔断器f1的另一端并联地连接有单元u1～u4。抑制冲击电流电路1具有熔断器f1以及单元u1～u4。单元u1～u4在熔断器f1与负载x之间并联地连接。
22.单元u1具有防逆流二极管d1、防逆流二极管d2以及电解电容器c1。防逆流二极管d1的一端与熔断器f1串联地连接，另一端与防逆流二极管d2的一端连接。防逆流二极管d2的一端与防逆流二极管d1的另一端串联地连接，另一端与负载x的一端串联地连接。电解电容器c1的一端连接在防逆流二极管d1的另一端与防逆流二极管d2的一端之间，另一端与负载x经由布线用断路器21而与直流电源vdc的负极(n)连接。
23.单元u2具有防逆流二极管d3、防冲击电流电阻r1、防逆流二极管d4以及电解电容器c2。防逆流二极管d3的一端与熔断器f1连接，另一端与防冲击电流电阻r1的一端连接。防冲击电流电阻r1的一端与防逆流二极管d3的另一端连接，另一端与防逆流二极管d4及电解
电容器c2连接。防逆流二极管d4的一端与防冲击电流电阻r1的另一端连接，另一端与负载x的一端连接。电解电容器c2的一端连接在防冲击电流电阻r1的另一端与防逆流二极管d4的一端之间，另一端与直流电源vdc的负极(n)及负载x的另一端连接。
24.单元u3及单元u4也具有与单元u2同样的结构。即，单元u3具有防逆流二极管d5、防冲击电流电阻r2、防逆流二极管d6以及电解电容器c3。防逆流二极管d5的一端与熔断器f1连接，另一端与防冲击电流电阻r2的一端连接。防冲击电流电阻r2的一端与防逆流二极管d5的另一端连接，另一端与防逆流二极管d6及电解电容器c3连接。防逆流二极管d6的一端与防冲击电流电阻r2的另一端连接，另一端与负载x的一端连接。电解电容器c3的一端连接在防冲击电流电阻r2的另一端与防逆流二极管d6的一端之间，另一端与直流电源vdc的负极(n)及负载x的另一端连接。
25.单元u4具有防逆流二极管d7、防冲击电流电阻r3、防逆流二极管d8以及电解电容器c4。防逆流二极管d7的一端与熔断器f1连接，另一端与防冲击电流电阻r3的一端连接。防冲击电流电阻r3的一端与防逆流二极管d7的另一端连接，另一端与防逆流二极管d8及电解电容器c4连接。防逆流二极管d8的一端与防冲击电流电阻r3的另一端连接，另一端与负载x的一端连接。电解电容器c4的一端连接在防冲击电流电阻r3的另一端与防逆流二极管d8的一端之间，另一端与直流电源vdc的负极(n)及负载x的另一端连接。
26.即，单元u1的防逆流二极管d1与电解电容器c1的串联电路、单元u2的防逆流二极管d3、防冲击电流电阻r1以及电解电容器c2的串联电路、单元u3的防逆流二极管d5、防冲击电流电阻r2以及电解电容器c3的串联电路、单元u4的防逆流二极管d7、防冲击电流电阻r3以及电解电容器c4的串联电路，相对于直流电源vdc相互并联地连接。另外，电解电容器c1的容量设定为比电解电容器c2～c4的容量小的值。
27.负载x是空调机的压缩机或风扇马达等负载，包括压缩机或驱动风扇马达的变频器电路。
28.另外，在图1中对具有防冲击电流电阻r的三个单元u2～u4进行了表示，但通过调整电解电容器c以及防冲击电流电阻r，由此具有防冲击电流电阻r的单元的数量能够设为任意数量。
29.实施方式1的单元u2也称为第一单元，防逆流二极管d3也称为第一二极管，防冲击电流电阻r1也称为第一电阻，防逆流二极管d4也称为第二二极管，以及电解电容器c2也称为第一电解电容器。另外，实施方式的单元u1也称为第二单元，防逆流二极管d1也称为第三二极管，防逆流二极管d2也称为第四二极管，以及电解电容器c1也称为第二电解电容器。
30.2.动作
31.接下来，对实施方式1的支持直流供电空调机的抑制冲击电流电路1的动作进行说明。
32.2-1.充电时
33.以下，参照图1对接通实施方式1的支持直流供电空调机的抑制冲击电流电路1的布线用断路器21的情况等电源接通时的充电动作进行说明。另外，图2是表示与实施方式1的支持直流供电空调机的抑制冲击电流电路1连接的直流电源vdc的电源接通时的电压变化的图。图3是表示与实施方式1的支持直流供电空调机的抑制冲击电流电路1连接的直流电源vdc的电压降低以及电压上升的变化的图。
34.如图2所示，在电源接通时，直流电源vdc的电压从0[v]经由动作最低电压而急剧上升到额定电压。在此，虽然以上升到额定电压的情况进行说明，但电源电压vdc从0[v]上升到动作电压范围内的情况也是同样的动作。另外，在电源电压变动时，在图3所示的从供给动作最低电压的区间b向供给额定电压的区间c切换时，电源电压急剧上升。在此，以电源电压从动作最低电压向额定电压的急剧上升进行说明，但电压在动作电压范围内急剧上升的情况也是同样的动作。
[0035]
在电压急剧上升时，从直流电源vdc输出的直流电流i1，通过用于借助短路电流的二次侧保护的熔断器f1，分流为直流电流i2和直流电流i3。单元u1不具有防冲击电流电阻，因此直流电流i3通过防逆流二极管d1而向电解电容器c1流动，对电解电容器c1进行充电。电解电容器c1设为抑制由于负载的影响而产生的脉动电压所需的容量以上，并且i1的冲击电流不使熔断器f1的溶断、设置在进一步上游的布线用断路器21等的误动作发生的容量以下。
[0036]
直流电流i2分流为直流电流i4、直流电流i5以及直流电流i6。直流电流i4从防逆流二极管d3经由防冲击电流电阻r1，进行电解电容器c2的充电。直流电流i5从防逆流二极管d5经由防冲击电流电阻r2进行电解电容器c3的充电。直流电流i6从防逆流二极管d7经由防冲击电流电阻r3进行电解电容器c4的充电。
[0037]
在负载驱动中，在直流电源电压如图3那样从区间b急剧上升至区间c时，若电解电容器c1～c4的充电完成，则直流电流i2变小，直流电流i3变得与直流电流i1相等。另外，直流电流i3经由防逆流二极管d1、防逆流二极管d2而向负载x流动。
[0038]
另一方面，在负载停止中，在直流电源电压如图3那样从区间b急剧上升至区间c时，若电解电容器c1～c4的充电完成，则i2和i3为零，即i1为零，电流不向负载流动。
[0039]
2-2.放电时
[0040]
图4是用于对实施方式1的支持直流供电空调机的抑制冲击电流电路1的放电时的动作进行说明的图。另外，图5是表示直流电源vdc的电源中发生了短时间的停电时的电源电压的变化的图。
[0041]
在图3的放电区间b或图5的放电区间d中的电解电容器c放电时，在单元u1中从电解电容器c1被放电的电流i10通过防逆流二极管d2，以低阻抗向负载x流动，对负载x进行供电。
[0042]
在单元u2中，从电解电容器c2被放电的电流i11通过防逆流二极管d4向负载x流动，对负载x进行供电。在单元u3中，从电解电容器c3被放电的电流i12通过防逆流二极管d6向负载x流动，对负载x进行供电。在单元u4中，从电解电容器c4被放电的电流i13通过防逆流二极管d8向负载x流动，对负载x进行供电。单元u2～u4也与单元u1同样，放电时能够以低阻抗向负载x供电。因此，在放电时，电流i20＝i10 i11 i12 i13向负载x流动。
[0043]
3.效果
[0044]
因此，根据实施方式1的支持直流供电空调机的抑制冲击电流电路1，在电解电容器c1～c4未被充分地充电的状态下，即使直流电源vdc的电源电压急剧地上升，电解电容器c2～c4经由各个防冲击电流电阻r1～r3而被充电，因此能够限制冲击电流。
[0045]
另外，至于电解电容器c1，虽然不经由防冲击电流电阻r而被充电，但实施方式1的抑制冲击电流电路1搭载有多个电解电容器c，并且电解电容器c1的容量能够设定得较小。
因此，能够减小向电解电容器c1的冲击电流，因此向电解电容器c1～c4的冲击电流值不变大，能够防止空调设备内的熔断器溶断以及设置在空调机外的布线用断路器21的误动作(跳闸)。
[0046]
此外，通过设置多个具有电解电容器c2～c4的单元u2～u4，而构成为在停电发生时从电解电容器c2～c4向负载进行电流供给，因此在较短的停电时间内，能够使负载的运转继续。在此，用单元u2～u4进行了说明，但通过进一步增加单元u的连接数量，从而即使在发生了更长时间的停电的情况下，也能够延长能够继续运转的时间。即，根据在发生停电时想要继续运转的时间来决定单元u的连接数量即可。
[0047]
在实施方式1的抑制冲击电流电路1中，单元u2中的防逆流二极管d3、防冲击电流电阻r1以及电解电容器c2的串联电路、单元u3中的防逆流二极管d5、防冲击电流电阻r2以及电解电容器c3的串联电路、以及单元u4中的防逆流二极管d7、防冲击电流电阻r3以及电解电容器c4的串联电路相互并联地配置，能够减小各电解电容器c2～c4的容量。因此，能够减小向各防冲击电流电阻r1～r3流动的冲击电流，因而能够将防冲击电流电阻r1～r3设为能够安装于基板那样的小型的电阻。
[0048]
4.变形例
[0049]
4-1.变形例1
[0050]
在实施方式1中，对支持直流供电空调机的抑制冲击电流电路1进行了说明，但抑制冲击电流电路1并不限于支持直流供电空调机的抑制冲击电流电路1，对其他设备也能够应用。
[0051]
4-2.变形例2
[0052]
对抑制冲击电流电路1的单元u1～u4分别具有防逆流二极管d2、d4、d6以及d8的情况进行了说明，但防逆流二极管d2、d4、d6以及d8并非必需。在不设置防逆流二极管d2、d4、d6以及d8的情况下，能够使抑制冲击电流电路1进一步小型化。
[0053]
4-3.变形例3
[0054]
在实施方式1中，对设置不具有防冲击电流电阻的单元u1的情况进行了说明，但抑制冲击电流电路1也可以不设置单元u1内的电解电容器c1及防逆流二极管d2。
[0055]
4-4.变形例4
[0056]
在单元u1的防逆流二极管d1及电解电容器c1的连接点与防逆流二极管d1之间，也可以增加抑制冲击电流用的直流电抗器l1。图6是表示实施方式1的支持直流供电空调机的抑制冲击电流电路1的变形例4的图。
[0057]
直流电抗器l1针对陡峭的电流的变化能发挥抑制变化的作用，因此能够进一步减小电源接通时等流入电解电容器c1的冲击电流的值。
[0058]
实施方式2
[0059]
1.结构
[0060]
图7是表示实施方式2的支持直流供电空调机的结构的图。
[0061]
如图7所示，直流电源vdc经由布线用断路器21而与空调机20连接。
[0062]
若使布线用断路器21接通，则来自直流电源vdc的直流被供给至空调机20。
[0063]
直流电源vdc的正极(p)与空调机20的熔断器f1连接。在熔断器f1串联地连接有防逆流二极管d1。在防逆流二极管d1与负载x之间，相互并联地连接有构成抑制冲击电流电路
的单元u11、单元u12以及单元u13。
[0064]
负载x将来自直流电源vdc的直流电压或放电时从抑制冲击电流电路1供给的直流电压，通过变频器电路等转换为交流电压并向压缩机等供给。
[0065]
单元u11具有防冲击电流电阻r1、防逆流二极管d11以及电解电容器c1。防冲击电流电阻r1的一端与防逆流二极管d1连接，另一端与电解电容器c1连接。防逆流二极管d11的一端与防逆流二极管d1连接，另一端与电解电容器c1连接，并且防逆流二极管d11与防冲击电流电阻r1并联连接。电解电容器c1的一端与防冲击电流电阻r1及防逆流二极管d11的另一端连接，另一端与直流电源vdc的负极(n)连接。
[0066]
单元u12具有防冲击电流电阻r2、防逆流二极管d12以及电解电容器c2。防冲击电流电阻r2的一端与防逆流二极管d1连接，另一端与电解电容器c2连接。防逆流二极管d12的一端与防逆流二极管d1连接，另一端与电解电容器c2连接，并且防逆流二极管d12与防冲击电流电阻r2并联地连接。电解电容器c2的一端与防冲击电流电阻r2及防逆流二极管d12的另一端连接，另一端与直流电源vdc的负极(n)连接。
[0067]
单元u13具有防冲击电流电阻r3、防逆流二极管d13以及电解电容器c3。防冲击电流电阻r3的一端与防逆流二极管d1连接，另一端与电解电容器c3连接。防逆流二极管d13的一端与防逆流二极管d1连接，另一端与电解电容器c3连接，并且防逆流二极管d13与防冲击电流电阻r3并联地连接。电解电容器c3的一端与防冲击电流电阻r3及防逆流二极管d13的另一端连接，另一端与直流电源vdc的负极(n)连接。
[0068]
2.动作
[0069]
以下，参照图7对实施方式2的支持直流供电空调机的抑制冲击电流电路1的电源接通时的充电动作进行说明。
[0070]
如图2所示，若接通布线用断路器21，则直流电源vdc的电压从0[v]上升到额定电压。从直流电源vdc供给的直流电流i1向空调机20流动，电流经由用于发生短路电流时的二次侧保护的熔断器f1、防逆流二极管d1而向各单元u11～u13流动。此时，直流电流i2经由防冲击电流电阻r1，向主电路的电解电容器c1流动。同样，直流电流i3经由防冲击电流电阻r2向主电路的电解电容器c2流动。直流电流i4经由防冲击电流电阻r3向主电路的电解电容器c3流动。
[0071]
若将电源电压vdc设为v[v]，则电流i2、i3、i4为v/r1、v/r2、v/r3。分别通过防冲击电流电阻r1、r2、r3抑制其最大峰值，其结果，也抑制i2、i3、i4之和即i1。因此根据直流电源vdc的电压和熔断器f1的溶断特性、布线用断路器的截断特性，决定电阻r1、r2、r3的值，从而能够成为熔断器f1的溶断等级以下并且布线用断路器的断路等级以下。
[0072]
上述是充电时的路径。图5的d部的电源电压降低时、即放电时，来自电解电容器c1的直流电流i2被放电，经由阻抗更低的防逆流二极管d11而不是防冲击电流电阻r1，向负载x流动。同样，来自电解电容器c2的电流i3经由阻抗更低的防逆流二极管d12而不是防冲击电流电阻r2，向负载x流动。来自电解电容器c3的电流i4经由阻抗更低的防逆流二极管d13而不是防冲击电流电阻r3，向负载x流动。此时的电流i2～i4的电流方向是与图7相反的方向。
[0073]
3.效果
[0074]
根据第二实施方式的支持直流供电空调机的抑制冲击电流电路1，能够得到与第
一实施方式的支持直流供电空调机的抑制冲击电流电路1同样的效果。
[0075]
实施方式是作为例子而提示的，并非意图限定实施方式的范围。实施方式能够以其他各种方式实施，在不脱离实施方式的主旨的范围内，能够进行各种省略、置换、变更。这些实施方式及其变形包含于实施方式的范围及主旨。另外，在将单元u11内的电容器容量设定得较小以使i1的冲击电流不使熔断器f1的溶断、布线用断路器21的误动作发生的情况下，也可以没有防冲击电流电阻r1和防逆流二极管d11。
[0076]
附图标记说明
[0077]
1...抑制冲击电流电路；vdc...直流电源；x...负载，u1～u4、u11～u13...单元；d1～d8、d11～d13...防逆流二极管；r1～r3...防冲击电流电阻；l1...直流电抗器；20...空调机；21...布线用断路器；22...变频器。