JP5838857B2 - スナバ回路、スナバ回路を備えた電源装置、および電源装置を搭載した車両 - Google Patents

Description

本発明は、スイッチング素子がオン状態からオフ状態に切り替えられた際に生ずるサージ電流を抑制するスナバ回路、該スナバ回路を備えた電源装置、および該電源装置を搭載した車両に関する。

電力変換装置等の電源装置には、ＭＯＳ型電界効果トランジスタ(ＭＯＳＦＥＴ)や絶縁ゲートバイポーラトランジスタ(ＩＧＢＴ)等のスイッチング素子が設けられており、このスイッチング素子のオン・オフを切り替えて、電源から負荷への電力供給を制御するようになっている。このような電源装置では、スイッチング素子のターンオフ時(オン状態からオフ状態に切り替えられた時)に過渡的なサージ電流が発生し、このサージ電流によりスイッチング素子が破損することがある。そこで、従来の電源装置では、スイッチング素子にスナバ回路を並列接続して、サージ電流からスイッチング素子を保護するようになっている。一般的なスナバ回路は、スナバコンデンサおよびスナバ抵抗を基本構成として、スイッチング素子のターンオフ時に生じたサージ電流をスナバコンデンサで一時的に蓄えるようになっている。そして、スイッチング素子がターンオンする(オフ状態からオン状態へ切り替えられる)と、スナバコンデンサに蓄えられた電荷が放出されて、スナバ抵抗で熱として消費される。

ところが従来のスナバ回路では、サージ電流の電気エネルギーをスナバ抵抗で熱として放出するため、放出された熱によって電源装置が高温となり、該電源装置に不具合が生ずる虞があった。また、放出された熱が滞留するのを防止するため、回路構成を大きくする必要があり、電源装置が大型化する難点もある。そこで、例えば特許文献１では、サージ電流の電気エネルギーの一部を電源に回生して、スナバ抵抗を用いることなくスイッチング素子をサージ電流から保護するスナバ回路が提案されている。

特開平４−２９９０７４号公報

ところが、特許文献１のスナバ回路は、サージ電流を電源に回生させるための回路が必要となるため、電源装置の回路全体が複雑化する問題があった。その結果、部品点数が増加して、コストが上昇すると共に、回路構成が大きくなって電源装置の大型化を招いてしまう。

すなわち、本発明は、上記課題を解決するためになされたものであって、その目的は、簡単な回路構成でサージ電流が発生したときの発熱を抑制し得るようにしたスナバ回路、スナバ回路を備えた電源装置、および電源装置を搭載した車両を提供することにある。

以下、上記課題を解決するための手段、及びその作用効果について記載する。

第１の発明は、電源から負荷への電流の供給を制御するスイッチング素子に並列接続され、前記スイッチング素子がオン状態からオフ状態に切り替えられた際にサージ電流が流入するスナバ回路であって、
前記サージ電流が有する電気エネルギーを光に変換して放出する発光手段を備えたことを特徴とする。

第１の発明によれば、サージ電流の電気エネルギーを光に変換して放出する発光手段を設けたので、発熱を伴うことなく発光手段でサージ電流を消費することができる。従って、サージ電流の消費時に高温となるのを抑制し、周囲の電気部品や装置が不具合を起こすことを抑制することができる。また、本発明に係るスナバ回路は、既存のスナバ回路に発光手段を設けることで製造することができ、開発コストや製造コストを抑えることができる。しかも、発光手段を設けただけの簡単な回路構成であるので、回路をコンパクトにし得る。

第２の発明は、前記スイッチング素子の入力端子側にアノード側が接続されたスナバダイオードと、
前記スナバダイオードのカソード側に直列接続されると共に前記スイッチング素子の出力端子側に接続され、該スイッチング素子がオン状態からオフ状態に切り替えられた際に前記サージ電流の電荷を蓄えると共に、該スイッチング素子がオフ状態からオン状態に切り替えられた際に該電荷を放出するスナバコンデンサとを備え、
前記発光手段は、前記スナバダイオードに並列接続され、前記スナバコンデンサから放出された電荷の電気エネルギーを光に変換する第１の発光体であることを特徴とする。

第２の発明によれば、スナバコンデンサから放出された電荷の電気エネルギーを第１の発光体で光に変換して放出するから、発熱を伴うことなくサージ電流を消費することができる。

第３の発明は、前記スイッチング素子の出力端子側に接続され、該スイッチング素子がオン状態からオフ状態に切り替えられた際に前記サージ電流の電荷を蓄えると共に、該スイッチング素子がオフ状態からオン状態に切り替えられた際に前記電荷を放出するスナバコンデンサと、
発光ダイオードで構成され、アノード側が前記スイッチング素子の入力端子側に接続されると共にカソード側が前記スナバコンデンサに直列接続され、該スイッチング素子がオン状態からオフ状態に切り替えられた際に前記サージ電流の電気エネルギーを前記スナバコンデンサに蓄えられる前に光に変換する前記発光手段としての第３の発光体と、
前記第３の発光体に並列接続され、前記スナバコンデンサから放出された前記電荷の電気エネルギーを熱に変換して放出するスナバ抵抗とを備えていることを特徴とする。

第３の発明によれば、スナバコンデンサに蓄えられる前に、サージ電流の電気エネルギーの一部を第３の発光体で光に変換して放出するから、第３の発光体によって発熱を伴うことなくサージ電流を消費することができる。また、スナバコンデンサから放出された電荷の電気エネルギーをスナバ抵抗で熱として放出するから、スナバコンデンサに電荷が残留するのを防止し得る。この場合において、第３の発光体で光として放出された分だけスナバコンデンサに蓄えられる電荷量が少なくなるから、スナバ抵抗で消費される電気エネルギーも少なくなって放出される熱量を小さくし得る。

第１の実施形態に係る電源装置の回路構成を示す図であって、スイッチング素子がＯＮ状態からＯＦＦ状態に切り替わった場合を示す。 第１の実施形態に係る電源装置の回路構成を示す図であって、スイッチング素子がＯＦＦ状態からＯＮ状態に切り替わった場合を示す。 第２の実施形態に係る電源装置の回路構成を示す図であって、スイッチング素子がＯＦＦ状態からＯＮ状態に切り替わった場合を示す。 第３の実施形態に係る電源装置の回路構成を示す図であって、スイッチング素子がＯＮ状態からＯＦＦ状態に切り替わった場合を示す。 第４の実施形態に係る電源装置の回路構成を示す図であって、スイッチング素子がＯＮ状態からＯＦＦ状態に切り替わった場合を示す。 第５の実施形態に係る電源装置の回路構成を示す図であって、スイッチング素子がＯＮ状態からＯＦＦ状態に切り替わった場合を示す。 第６の実施形態に係る電源装置の回路構成を示す図であって、スイッチング素子がＯＮ状態からＯＦＦ状態に切り替わった場合を示す。 第７の実施形態に係る電源装置の回路構成を示す拡大図であって、スイッチング素子がＯＦＦ状態からＯＮ状態に切り替わった場合を示す。 第７の実施形態の変更例に係る電源装置の回路構成を示す拡大図であって、スイッチング素子がＯＦＦ状態からＯＮ状態に切り替わった場合を示す。 第８の実施形態に係る車両を示す説明図であって、導光部材を介して電源装置から車室に光を導く様子を示す。

（第１の実施形態）
次に、第１の実施形態に係るスナバ回路および該スナバ回路を備えた電源装置について、図面を参照しつつ説明する。第１の実施形態では、電源装置として、電力変換装置である降圧チョッパ回路を採用し、該降圧チョッパ回路にスナバ回路を設けた場合を例示する。

図１に示すように、電源装置１０は、直流電源(電源)Ｅの正極側の電源端子１２にスイッチング素子Ｓの入力端子が接続されて構成される。このスイッチング素子Ｓとしては、ＭＯＳＦＥＴ、ＩＧＢＴ等、各種のパワースイッチングデバイスが採用され、図示しない制御装置からの信号によりスイッチング素子Ｓのオン・オフが切り替えられるようになっている。前記スイッチング素子Ｓの出力端子には、整流ダイオードＤ１のカソード側が接続されている。整流ダイオードＤ１のアノード側は、前記直流電源Ｅの負極側の電源端子１４に接続されている。また、前記スイッチング素子Ｓおよび整流ダイオードＤ１の接続点Ｐ１には、直流リアクトルＬの一端が接続されており、該直流リアクトルＬの他端に負荷Ｍが接続されている。なお、前記スイッチング素子Ｓには、還流ダイオードｄがスイッチング素子Ｓの入出力方向とは逆向きに並列接続されている。そして、スイッチング素子Ｓがオン状態からオフ状態に切り替えられた際に、サージ電流が還流ダイオードｄを流通するようにして、スイッチング素子Ｓを保護している。

前記スイッチング素子Ｓには、図１の一点鎖線で示すようにスナバ回路１６が並列接続されている。このスナバ回路１６は、前記スイッチング素子Ｓの入力端子側にアノード側が接続されたスナバダイオードＤ２を備えている。また、前記スナバ回路１６は、スナバダイオードＤ２のカソード側に直列接続されると共に前記スイッチング素子Ｓの出力端子側に接続されたスナバコンデンサＣを備えている。すなわち、スナバダイオードＤ２およびスナバコンデンサＣからなる直列接続体が、スイッチング素子Ｓに並列接続されている。前記スナバダイオードＤ２には、サージ電流が有する電気エネルギーを光に変換して放出する第１の発光体(発光手段) １８が並列接続されている。第１の実施形態では、第１の発光体１８として発光ダイオード(ＬＥＤ)が採用されており、第１の発光体１８のカソード側が前記直流電源Ｅの正極側の電源端子１２に接続されている。この第１の発光体１８は、可視光領域の波長(約３６０ｎｍ〜８３０ｎｍ)の光を放出するものが採用されている。

前記スナバコンデンサＣおよび前記スナバダイオードＤ２の接続点Ｐ２と前記第１の発光体１８との間には、スナバ抵抗Ｒ１が設けられている。すなわち、スナバ抵抗Ｒ１は、前記第１の発光体１８のアノード側に直列接続されており、これら第１の発光体１８およびスナバ抵抗Ｒ１の直列接続体が前記スナバダイオードＤ２に並列接続されている。スナバ抵抗Ｒ１は、サージ電流が有する電気エネルギーの一部を熱に変換して放出する機能を有している。また、スナバ抵抗Ｒ１は、前記第１の発光体１８に流れる電流を制限する電流制限抵抗としても機能する。すなわち、第１の発光体１８は、定格電流が小さい発光ダイオードで構成されるため、スナバ抵抗Ｒ１を設けることで、第１の発光体１８に流れる電流量を制限している。なお、スナバ抵抗Ｒ１の抵抗値は、第１の発光体１８の順方向電圧と該第１の発光体１８に流す最大順電流から決定される。

(第１の実施形態の作用効果について)
次に、第１の実施形態の作用効果について以下説明する。電源装置１０は、前記スイッチング素子ＳのＯＮ状態では、直流電源Ｅからスイッチング素子Ｓおよび直流リアクトルＬを介して負荷Ｍに電流が流れる。そして、スイッチング素子Ｓがオン状態からオフ状態に切り替えられると、該スイッチング素子Ｓにサージ電圧が印加され、図１に矢印で示すように、前記還流ダイオードｄを流通する。そして、還流ダイオードｄを通過したサージ電流は、前記スナバダイオードＤ２を流通し、前記スナバコンデンサＣに電荷が蓄えられる。

次に、前記スイッチング素子Ｓがオフ状態からオン状態に切り替えられると、図２に示すように、前記スナバコンデンサＣに蓄えられたサージ電流の電荷が放出され、前記スナバ抵抗Ｒ１を電流が流通する。このとき、スナバコンデンサＣから放出された電荷の電気エネルギーの一部は、スナバ抵抗Ｒ１で熱に変換されて放出される。これにより、第１の発光体１８に大きな電流が流れるのは防止される。スナバ抵抗Ｒ１を通過した電流は、第１の発光体１８で光に変換されて放出される。

このように、サージ電流の電気エネルギーを第１の発光体１８で光として放出することで、第１の発光体１８において発熱を伴うことなくサージ電流を消費することができる。従って、サージ電流の消費時に大きな熱が放出されることはなく、電源装置１０が高温となって不具合が生ずるのを抑制することができる。また、スナバ抵抗Ｒ１で消費されるサージ電流は一部であり、従来技術で説明した如く、スナバ抵抗でサージ電流を全て熱として放出するものではない。従って、スナバ抵抗Ｒ１で放出される熱量は少なく、電源装置１０が不具合を起こすことを抑制することができる。

また、サージ電流を消費する際に電源装置１０が高温になることを抑制することができるので、回路構成を集積化することができ、回路基板や電源装置１０のコンパクト化を図ることができる。更に、第１の実施形態のスナバ回路１６は、既存のスナバ回路(いわゆるＲＣスナバ回路)に第１の発光体１８を設けることで製造することができる。すなわち、既存のスナバ回路を大きく変更する必要がなく、開発コストや製品コストを抑えることが可能となる。

ここで、前述のように、第１の発光体１８は、可視光領域の波長の光を放出する発光ダイオードが採用されているため、第１の発光体１８の光を視認することが可能である。このため、例えば、電源装置１０をメンテナンスする際に、メンテナンス者が第１の発光体１８の光を確認することで、電源装置１０(スナバ回路１６)が正常に作動しているか否か判断することができる。このように、第１の発光体１８の光を確認するだけで電源装置１０の異常を判別し得るから、電源装置１０のメンテナンスや検査を簡単かつ効率的に行うことができる。

なお、第１の実施形態では、電流制限抵抗として機能するスナバ抵抗Ｒ１を設けたが、第１の発光体１８として定格電流の大きな発光ダイオードを採用した場合には、スナバ抵抗Ｒ１を省略してもよい。

(第２の実施形態)
次に、第２の実施形態について、以下説明する。なお、以下の説明において、第１の実施形態と同一の構成および作用をなす部分については、同じ符号を付して説明は省略する。

図３は、第２の実施形態の電源装置２０およびスナバ回路２２を示す回路図である。このスナバ回路２２に採用された第１の発光体２４は、発光素子としての複数(第２の実施形態では３つ)の発光ダイオード２４ａ,２４ａ,２４ａを相互に並列の関係で設けた構成とされている。また、第２の実施形態に係るスナバ回路２２では、第１の実施形態で説明したスナバ抵抗Ｒ１が設けられていない。すなわち、第２の実施形態では、複数の発光ダイオード２４ａ,２４ａ,２４ａを並列に設けることで、各発光ダイオード２４ａ,２４ａ,２４ａに流れる電流量が分散されるため、電流制限のためのスナバ抵抗Ｒ１を設ける必要がない。

第２の実施形態に係る電源装置２０において、スイッチング素子Ｓがオン状態からオフ状態に切り替えられると、図３の破線矢印に示すように、サージ電流がスナバダイオードＤ２を流通し、スナバコンデンサＣに電荷が蓄えられる。次に、前記スイッチング素子Ｓがオフ状態からオン状態に切り替えられると、図３の実線矢印に示すように、スナバコンデンサＣに蓄えられた電荷が放出される。スナバコンデンサＣから放出された電荷は、電流となって３つの発光ダイオード２４ａ,２４ａ,２４ａを分散して流れ、各発光ダイオード２４ａ,２４ａ,２４ａで光として放出される。このように、第２の実施形態では、サージ電流の全ての電気エネルギーが３つの発光ダイオード２４ａ,２４ａ,２４ａで消費されるから、サージ電流を消費する際に実質的に熱が生じない。従って、電源装置２０が熱により不具合を起こすのを確実に防止することができる。

なお、第２の実施形態では、３つの発光ダイオード２４ａ,２４ａ,２４ａで第１の発光体２４を構成したが、２つまたは４つ以上の発光ダイオードを並列に接続した構成を第１の発光体として採用することも可能である。また、各発光ダイオード２４ａ,２４ａ,２４ａに流れる電流が定格電流を超える場合には、第１の実施形態で説明したスナバ抵抗Ｒ１を各発光ダイオード２４ａ,２４ａ,２４ａのアノード側に直列接続してもよい。

(第３の実施形態)
次に、第３の実施形態について以下説明する。第３の実施形態の説明においても、第１の実施形態と同一の構成および作用をなす部分については、同じ符号を付して説明は省略する。

図４は、第３の実施形態に係る電源装置２６を示す回路図である。電源装置２６に設けられたスナバ回路２８では、スナバダイオードＤ２のカソード側に発光ダイオードからなる第２の発光体３０が直列接続されている。すなわち、第２の発光体３０は、アノード側がスナバダイオードＤ２に接続されると共に、カソード側がスナバコンデンサＣに接続されている。そして、スナバダイオードＤ２および第２の発光体３０からなる直列接続体に対し、前記第１の発光体１８およびスナバ抵抗Ｒ１からなる直列接続体が並列接続されている。第２の発光体３０は、サージ電流の電荷がスナバコンデンサＣに蓄えられる前に、該サージ電流の電気エネルギーの一部を光に変換して放出するものである。この第２の発光体３０は、第１の発光体１８と同様に、可視光領域の波長の光を放出する発光ダイオードが採用されており、第２の発光体３０の光を視認し得るようになっている。

第３の実施形態に係る電源装置２６において、スイッチング素子Ｓがオン状態からオフ状態に切り替えられると、図４の実線矢印に示すように、サージ電流がスナバダイオードＤ２を流通する。そして、スナバダイオードＤ２を通過したサージ電流が第２の発光体３０を流通する際に、該サージ電流の電気エネルギーの一部が光に変換されて放出される。第２の発光体３０を通過したサージ電流の電荷は、スナバコンデンサＣに蓄えられる。このとき、スナバコンデンサＣに蓄えられるサージ電流の電荷量(電気エネルギー)は、第２の発光体３０で光として放出された分だけ少なくなっている。

次に、スイッチング素子Ｓがオフ状態からオン状態に切り替えられると、図４の破線矢印に示す如く、スナバコンデンサＣに蓄えられた電荷が放出され、スナバ抵抗Ｒ１を電流が流通する。このとき、電流の一部がスナバ抵抗Ｒ１で熱として放出される。そして、スナバ抵抗Ｒ１を通過した電流が第１の発光体１８を流通することで、光として放出される。このように、第３の実施形態では、第１および第２の発光体１８,３０において発熱を伴うことなくサージ電流の電気エネルギーを消費することができるから、電源装置２６が加熱されるのを効果的に抑制することができる。なお、第１および第２の発光体１８,３０は、何れも可視光領域の波長の光を放出するから、当該光を視認することで、電源装置２６(スナバ回路２８)が正常に作動しているか否か容易に確認することができる。

なお、第３の実施形態では、電流制限抵抗としてのスナバ抵抗Ｒ１を設けた場合を例示したが、第２の発光体３０でサージ電流を消費することで第１の発光体１８に流れる電流が定格電流を下回る場合には、スナバ抵抗Ｒ１を設ける必要はない。また、第３の実施形態では、第２の発光体３０をスナバダイオードＤ２のカソード側に直列接続した場合を示したが、第２の発光体３０をスナバダイオードＤ２のアノード側に直列接続してもよい。

前述した第１〜第３の実施形態では、第１および第２の発光体１８,２４,３０を発光ダイオードで構成した場合を示した。しかしながら、第１および第２の発光体１８,２４,３０としては、サージ電流の電気エネルギーを光に変換して放出し得るものであれば、他の発光手段を適宜採用することができる。例えば、第１および第２の発光体１８,２４,３０として、エレクトロルミネッセンス(ＥＬ)効果を利用した有機ＥＬ等の発光素子を採用してもよい。

(第４の実施形態)
次に、第４の実施形態について以下説明を行う。第４の実施形態においても、第１の実施形態と同一の構成および作用をなす部分については、同一の符号を付して説明を省略する。

図５は、第４の実施形態に係る電源装置３２を示す回路図であって、当該電源装置３２に設けられたスナバ回路３４は、一端側がスイッチング素子Ｓの出力端子側に接続されたスナバコンデンサＣを備えている。スナバコンデンサＣの他端側には、発光ダイオードで構成された第３の発光体(発光手段)３６のカソード側が直列接続されている。第３の発光体３６のアノード側は、前記スイッチング素子Ｓの入力端子側に接続されている。この第３の発光体３６は、サージ電流の電荷が前記スナバコンデンサＣに蓄えられる前に、該サージ電流の電気エネルギーの一部を光に変換して放出するものである。

この第３の発光体３６としては、第１〜第３の実施形態で示した第１および第２の発光体１８,２４,３０と同様に、可視光領域の波長の光を放出する発光ダイオードが採用される。また、この第３の発光体３６は、逆電圧に対する耐圧が大きなものが採用されており、逆電圧が印加された場合に第３の発光体３６が破損しないよう図られている。図５に示すように、前記第３の発光体３６に対しスナバ抵抗Ｒ１が並列接続されており、前記スナバコンデンサＣから放出された電流をスナバ抵抗Ｒ１が熱として放出するようになっている。

第4の実施形態の電源装置３２において、前記スイッチング素子Ｓがオン状態からオフ状態に切り替えられると、図５の実線矢印に示すように、サージ電流が第３の発光体３６を流通する。このとき、サージ電流の電気エネルギーの一部が第３の発光体３６により光に変換されて放出される。第３の発光体３６を通過したサージ電流は、前記スナバコンデンサＣで電荷が蓄えられる。このとき、スナバコンデンサＣで蓄えられる電荷量は、第３の発光体３６で光として放出された分だけ少なくなっている。そして、前記スイッチング素子Ｓがオフ状態からオン状態に切り替えられると、図５の破線矢印に示すように、前記スナバコンデンサＣに蓄えられた電荷が放出され、スナバ抵抗Ｒ１で熱として放出される。このとき、前記スナバ抵抗Ｒ１で消費される電気エネルギーは、第３の発光体３６で光として既に放出された分だけ少なくなっており、スナバ抵抗Ｒ１で放出される熱量は抑制される。従って、スナバ抵抗Ｒ１から放出された熱で電源装置３２が高温となることを抑制することができ、電源装置３２が不具合を起こすことを抑制することができる。

(第５の実施形態)
次に、第５の実施形態について説明を行う。第５の実施形態の説明において、第４の実施形態と同一の構成および作用をなす部分については、同じ符号を付して説明を省略する。

図６に示すように、第５の実施形態の電源装置３８に設けられたスナバ回路４０では、相互に直列接続された複数(実施例では３つ)の発光ダイオード４２ａ,４２ａ,４２ａにより第３の発光体４２が構成されている。このように、発光ダイオード４２ａ,４２ａ,４２ａの直列接続体を第３の発光体４２として採用することで、第３の発光体４２全体の耐圧が確保されている。この第３の発光体４２に対しては、スナバ抵抗Ｒ１が並列接続されている。

ここで、第３の発光体４２は、３つの発光ダイオード４２ａ,４２ａ,４２ａの直列接続体で構成されるため、第３の発光体４２で消費されるサージ電流は、第４の実施形態で示した第３の発光体３６に較べて大きくなる。そのため、第５の実施形態のスナバ抵抗Ｒ１で消費される電気エネルギーは、第４の実施形態に較べて少なく、スナバ抵抗Ｒ１で放出される熱量を小さくし得る。

第５の実施形態の電源装置３８において、前記スイッチング素子Ｓがオン状態からオフ状態に切り替えられると、図６の実線矢印に示すように、サージ電流が第３の発光体４２(３つの発光ダイオード４２ａ,４２ａ,４２ａ)を流通する。このとき、サージ電流の電気エネルギーは、３つの発光ダイオード４２ａ,４２ａ,４２ａで光に変換されて大部分が放出される。第３の発光体４２を通過したサージ電流は、前記スナバコンデンサＣで電荷が蓄えられる。このとき、スナバコンデンサＣで蓄えられる電荷量は、第３の発光体４２で消費されたサージ電流のエネルギーの分だけ少なくなっている。そして、前記スイッチング素子Ｓがオフ状態からオン状態に切り替えられると、図６の破線矢印で示す如く、前記スナバコンデンサＣに蓄えられた電荷が放出され、前記スナバ抵抗Ｒ１で熱として放出される。このとき、サージ電流の電気エネルギーの大部分は、第３の発光体４２で既に消費されているから、スナバ抵抗Ｒ１で放出される熱量は僅かとなる。従って、スナバ抵抗Ｒ１から放出された熱で電源装置３８が高温になることはなく、電源装置３８に不具合が生ずるのを効果的に抑制することができる。

(第６の実施形態)
次に、第６の実施形態について説明を行う。第６の実施形態の説明において、第４の実施形態と同一の構成および作用をなす部分については、同じ符号を付して説明を省略する。

図７に示すように第６の実施形態の電源装置４４に係るスナバ回路４６では、第３の発光体３６として単一の発光ダイオードが採用されている。また、第３の発光体３６に対し、スナバダイオードＤ２が直列接続されている。すなわち、スナバダイオードＤ２は、アノード側が前記スイッチング素子Ｓの入力端子に接続されると共に、カソード側が第３の発光体３６のアノード側に接続されている。このように、第３の発光体３６に対してスナバダイオードＤ２を直列接続することで、逆電圧の耐圧が小さい発光ダイオード(第３の発光体３６)を保護している。スナバダイオードＤ２および第３の発光体３６の直列接続体に対しては、スナバ抵抗Ｒ１が並列接続されている。

第６の実施形態の電源装置４４において、前記スイッチング素子Ｓがオン状態からオフ状態に切り替えられると、図７の実線矢印に示すように、サージ電流がスナバダイオードＤ２を通過して、第３の発光体３６を流通する。このとき、サージ電流の電気エネルギーが、第３の発光体３６で光に変換されて放出される。第３の発光体３６を通過したサージ電流は、前記スナバコンデンサＣで電荷が蓄えられる。そして、前記スイッチング素子Ｓがオフ状態からオン状態に切り替えられると、図７の破線矢印に示すように、前記スナバコンデンサＣに蓄えられた電荷が放出され、前記スナバ抵抗Ｒ１で熱として放出される。このように、第６の実施形態では、第３の発光体３６がスナバダイオードＤ２で保護されているから、第３の発光体３６に逆電圧が掛かったとしても破損するのを抑制することができる。

なお、第１〜第６の実施形態では、第１〜第３の発光体１８,２４,３０,３６,４２として可視光領域の波長の光を放出する発光ダイオードを採用したが、必ずしも可視光領域の波長である必要はない。例えば、第１〜第３の発光体１８,２４,３０,３６,４２として可視光領域より短い波長の光(例えば、波長が約１００ｎｍ〜３８０ｎｍの紫外線)を放出する発光ダイオードや有機ＥＬ等の発光手段を採用してもよい。このように、波長の短い光を放出する発光手段を採用することで、光として放出されるエネルギーを大きくすることができ、サージ電流を効率的に消費することができる。

(第７の実施形態)
次に、第７の実施形態について説明を行う。図８に示すように、第７の実施形態では、第１の実施形態における電源装置１０において、第1の発光体１８から放出された光を受光して発電する光電素子(発電手段)４８が設けられている。この光電素子４８は、第1の発光体１８が設けられた回路(スナバ回路１６)に対して絶縁されており、第1の発光体１８から放出された光により発電する二次側の絶縁電源として機能する。この光電素子４８は、いわゆる太陽電池であって、例えば、アモルファスシリコン等のシリコン系の太陽電池や化合物系の太陽電池等が用いられている。また、光電素子４８の吸収スペクトル(禁制帯幅)は、第1の発光体１８の発光スペクトルに対応して設定されている。これにより、第1の発光体１８で放出された光により光電素子４８が効率的に発電し得るようになっている。

図８に示すように、スナバコンデンサＣから放出されたサージ電流の電荷は、スナバ抵抗Ｒ１で電流の一部が熱として放出される。スナバ抵抗Ｒ１を通過した電流は、第1の発光体１８で光に変換されて放出され、光電素子４８が受光する。これにより、光電素子４８が発電して、当該発電により得られた電力を二次側の電源として利用することができる。このように、第7の実施形態では、第１の発光体１８から放出された光で光電素子４８が発電するようにしたから、サージ電流の電気エネルギーを有効利用することができる。しかも、光電素子４８は、絶縁電源として用いることができるから、光電素子４８で得られた電力を安定的に利用することができる。

なお、第７の実施形態では、発電手段として太陽電池からなる光電素子４８を採用したが、例えば図９に示すように、発電手段として、フォトカプラ５０に設けられた光電素子４９を採用してもよい。すなわち、発光素子としての発光ダイオード(発光手段)１８、および受光素子としての光電素子４９からなるフォトカプラ５０を電源装置１０に設けることも可能である。具体的には、光電素子４９として、フォトトランジスタやフォトダイオードが採用されている。このように、汎用品のフォトカプラ５０を用いることで、電源装置１０のコストを抑えることが可能となる。

第７の実施形態や変更例では、発光手段(第１の発光体)１８として発光ダイオードを採用した場合を例示したが、発光手段としては、光電素子４８,４９が受光して発電することができる光を放出するものであれば、有機ＥＬ等の発光素子を採用することもできる。

(第８の実施形態)
次に、第８の実施形態について以下説明する。図１０の概略図に示すように、第８の実施形態では、第１の実施形態で示した電源装置１０をハイブリッド車等の車両５２に搭載した場合で例示する。この車両５２は、第１の発光体１８で放出した光を車室５４内へ誘導する導光手段５６を備えている。この導光手段５６としては、光ファイバーや光ケーブル等、光の減衰率の小さな光伝送路が採用される。導光手段５６における電源装置１０側の一端部には、第１の発光体１８に近接して集光部５６ａが設けられ、第１の発光体１８から放出された光を集光部５６ａで集光するようになっている。また、導光手段５６の他端部には、車室５４内に臨む照明部５６ｂが設けられており、集光部５６ａで受けた光を照明部５６ｂから車室５４内へ放出するようになっている。

すなわち、第８の実施形態の車両５２は、集光部５６ａで取り込んだ光を導光手段５６で伝送して、照明部５６ｂから放出させるようになっている。これにより、照明部５６ｂから放出される光を車内照明等の光源として有効利用することができる。なお、第８の実施形態における発光手段(第１の発光体)としては、必ずしも発光ダイオードである必要はなく、可視光領域の波長の光を放出するものであればよい。従って、発光手段として、有機ＥＬ等の発光素子を採用してもよい。

なお、第１〜第８の実施形態では、電源として直流電源Ｅを採用したが、交流電源を採用してもよい。また、第１〜第８の実施形態では、スナバ回路１６,２２,２８,３４,４０,４６を設ける電源装置１０,２０,２６,３２,３８,４４として、降圧チョッパ回路(電力変換装置)を採用したが、電源装置として、例えば昇圧チョッパ回路やインバータ回路等の他の電力変換装置を採用することも可能である。

Ｅ…直流電源(電源)、Ｍ…負荷、Ｓ…スイッチング素子、１８…第１の発光体(発光手段)、２４…第２の発光体(発光手段)、３０…第２の発光体(発光手段)、３６…第３の発光体(発光手段)、４２…第３の発光体(発光手段)。

Claims (12)

1. 電源(E)から負荷(M)への電流の供給を制御するスイッチング素子(S)に並列接続され、前記スイッチング素子(S)がオン状態からオフ状態に切り替えられた際にサージ電流が流入するスナバ回路であって、
   前記サージ電流が有する電気エネルギーを光に変換して放出する発光手段(18,24,30,36,42)と、
   前記スイッチング素子(S)の入力端子側にアノード側が接続されたスナバダイオード(D2)と、
   前記スナバダイオード(D2)のカソード側に直列接続されると共に前記スイッチング素子(S)の出力端子側に接続され、該スイッチング素子(S)がオン状態からオフ状態に切り替えられた際に前記サージ電流の電荷を蓄えると共に、該スイッチング素子(S)がオフ状態からオン状態に切り替えられた際に該電荷を放出するスナバコンデンサ(C)とを備え、
   前記発光手段は、前記スナバダイオード(D2)に並列接続され、前記スナバコンデンサ(C)から放出された電荷の電気エネルギーを光に変換する第１の発光体(18,24)であり、
   前記スナバダイオード(D2)に直列接続され、前記サージ電流の電気エネルギーを前記スナバコンデンサ(C)に蓄えられる前に光に変換する前記発光手段としての第２の発光体(30)を備え、
   前記第２の発光体(30)および前記スナバダイオード(D2)の直列接続体に前記第１の発光体(18)が並列接続されており、
   前記スナバコンデンサ(C)に前記サージ電流が流入する経路には抵抗体が設けられていないことを特徴とするスナバ回路。
2. 前記第１の発光体(24)は、相互に並列の関係で設けられた複数の発光素子(24a,24a,24a)で構成されている請求項１記載のスナバ回路。
3. 前記スナバコンデンサ(C)および前記スナバダイオード(D2)の間の接続点(P2)と前記第１の発光体(18)との間に、前記スナバコンデンサ(C)から放出された前記電荷の電気エネルギーを熱に変換して放出するスナバ抵抗(R1)が設けられた請求項１または２記載のスナバ回路。
4. 電源(E)から負荷(M)への電流の供給を制御するスイッチング素子(S)に並列接続され、前記スイッチング素子(S)がオン状態からオフ状態に切り替えられた際にサージ電流が流入するスナバ回路であって、
   前記サージ電流が有する電気エネルギーを光に変換して放出する発光手段(18,24,30,36,42)と、
   前記スイッチング素子(S)の出力端子側に接続され、該スイッチング素子(S)がオン状態からオフ状態に切り替えられた際に前記サージ電流の電荷を蓄えると共に、該スイッチング素子(S)がオフ状態からオン状態に切り替えられた際に前記電荷を放出するスナバコンデンサ(C)と、
   発光ダイオードで構成され、アノード側が前記スイッチング素子(S)の入力端子側に接続されると共にカソード側が前記スナバコンデンサ(C)に直列接続され、該スイッチング素子(S)がオン状態からオフ状態に切り替えられた際に前記サージ電流の電気エネルギーを前記スナバコンデンサ(C)に蓄えられる前に光に変換する前記発光手段としての第３の発光体(36,42)と、
   前記第３の発光体(36,42)に並列接続され、前記スナバコンデンサ(C)から放出された前記電荷の電気エネルギーを熱に変換して放出するスナバ抵抗(R1)とを備え、
   前記スナバコンデンサ(C)に前記サージ電流が流入する経路には抵抗体が設けられていないことを特徴とするスナバ回路。
5. 前記第３の発光体(42)は、相互に直列接続された複数の発光ダイオード(42a,42a,42a)で構成される請求項４記載のスナバ回路。
6. 前記第３の発光体(36)にスナバダイオード(D2)が直列接続され、該スナバダイオード(D2)および第３の発光体(36)の直列接続体に前記スナバ抵抗(R1)が並列接続されている請求項４または５記載のスナバ回路。
7. 前記発光手段(18,24,30,36,42)は、可視光領域よりも短い波長の光を放出する請求項１〜６のいずれか１つに記載のスナバ回路。
8. 前記発光手段(18,24,30,36,42)は、可視光領域の波長の光を放出する請求項１〜６のいずれか１つに記載のスナバ回路。
9. 請求項１〜８のいずれか１つに記載されたスナバ回路(16,22,28,34,40,46)を備えた電源装置。
10. 前記発光手段(18)が放出した光を受光して発電する発電手段(48,49)を備えた請求項９に記載の電源装置。
11. 前記発光手段(18)および発電手段(49)をフォトカプラ(50)で構成した請求項１０に記載の電源装置。
12. 請求項９〜１１のいずれか１つに記載された電源装置(10)を搭載した車両であって、
    前記発光手段(18)が放出した光を車室(54)内へ誘導する導光手段(56)を備えたことを特徴とする車両。

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