整流回路の突入電流を簡単な部品で制限：Design Ideas パワー関連と電源

簡単な部品で構成した突入電流制限回路を紹介する。

[Sunil Tiwari/Mangesh Borage（Centre for Advanced Technology），EDN Japan]

　整流回路における起動時の突入電流を制限するためには、図1に示すようにコンデンサーによる出力フィルターを用いることが多い。整流回路の交流入力あるいは直流出力に直列に高抵抗を挿入し、フィルターのコンデンサーが十分に充電されてからスイッチを閉じて抵抗を短絡させる。ただしこの回路は、タイマー・リレーあるいは電圧検出回路を別に必要とする。スイッチの開閉を制御するためである。さらにスイッチは、通常動作時の最大負荷電流に耐えられなければならない。

図1 従来の突入電流制限回路
スイッチは、通常動作時の最大負荷電流に耐えられなければならない。

　図2は、簡単な部品で構成した突入電流制限回路である。市販部品だけを採用しており、大きさとコストの両方で図1の回路に勝る。スイッチはフィルター・コンデンサーと直列に挿入し、突入電流を制限する。このため、スイッチを流れる電流は十分少なくなる。図2でスイッチS₁は、充電抵抗R₁を短絡させる。

図2 今回考案した突入電流制限回路
スイッチを流れる電流が小さい。

　市販の直流リレーを利用しており、リレーの接点がスイッチとなる。このリレーはコンデンサーCの電圧を検出して動くので、スイッチは自動的に動作する。充電抵抗R₁は突入電流のピーク値を制限すると共に、起動の遅延時間を決めている。

　リレーはコンデンサーCが十分に充電されてからオンになり、抵抗R₁を短絡する。オフ状態のときは抵抗R₂とコンデンサーCを結線し、放電を早める。

　リレーのジッターを防ぐには、オンとオフの間に適切なヒステリシスを与える必要がある。ヒステリシスが小さすぎると、交流電圧の瞬時低下で誤動作する。ヒステリシスが大きすぎると、リレーが再び閉じたときに突入電流を制限しづらくなる。最適なヒステリシス特性を得るためには、ツェナー・ダイオードD_Zと抵抗R₃をリレーのコイル部に直列に挿入するとよい。

　図2の回路の動作を次式に示す。

• コンデンサーCにおける直流ピックアップ電圧：

• 直流ドロップアウト電圧：

• ヒステリシス：

　ただし、V_CPはリレー・コイルのピックアップ電圧、R_Cはリレー・コイルの抵抗、V_Zはツェナー・ダイオードの降伏電圧、I_Zはツェナー・ダイオードの降伏電流である。

　市販部品は特性値のばらつきが大きい。このため、直流ピックアップ電圧や直流ドロップアウト電圧に差が生じる。V_CPとR_C、I_Zのばらつきの影響を最小限に抑えるには、抵抗R₃の値をできる限り小さくする。V_ZとR₃のばらつきは回路に大きな影響を与えない。しかしI_Zには温度依存性があり、これがドロップアウト電圧に影響する。試作回路による実験結果を図3に示す。

図3 試作した回路（図2）の動作
突入電流は約6Aと安全な値に抑えられている。CH1はコンデンサーの端子電圧（50V/目盛り）、CH2は突入電流（2A/目盛り）。

　試作に利用した部品の値は、C＝2000μF（無極性）、R₁＝36Ω、R₂＝4.7kΩ、R₃＝12kΩ、V_Z＝110V、I_Z＝3mA、V_CP＝65V、R_C＝10kΩである。

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※本記事は、2008年7月29日にEDN Japan臨時増刊として発刊した「珠玉の電気回路200選」に掲載されたものです。著者の所属や社名、部品の品番などは掲載当時の情報ですので、あらかじめご了承ください。
「珠玉の電気回路200選」：EDN Japanの回路アイデア寄稿コラム「Design Ideas」を1冊にまとめたもの。2001〜2008年に掲載された記事の中から200本を厳選し、5つのカテゴリに分けて収録した。