JPH10112979A

JPH10112979A - 電源装置

Info

Publication number: JPH10112979A
Application number: JP26426396A
Authority: JP
Inventors: Tomoo Taniguchi; 智勇谷口; Kenichi Sakakibara; 憲一榊原
Original assignee: Daikin Industries Ltd
Current assignee: Daikin Industries Ltd
Priority date: 1996-10-04
Filing date: 1996-10-04
Publication date: 1998-04-28

Abstract

(57)【要約】【課題】負荷が増加した場合であっても、十分に高い
直流出力電圧を直流負荷に供給する。【解決手段】交流電源１の両端子間に全波整流回路２
を接続し、全波整流回路２の出力端子間に平滑用コンデ
ンサＣ２と、互いに等しい静電容量を有し、かつ互いに
直列接続された倍電圧用コンデンサＣ１１，Ｃ１２とを
互いに並列接続し、全波整流回路２と交流電源１との間
にリアクトル３を接続し、全波整流回路２の入力側もし
くは出力側にＬＣ共振回路４を接続し、交流電源１のリ
アクトル３、ＬＣ共振回路４の何れも接続されていない
端子に接続された全波整流回路２の入力端子と倍電圧用
コンデンサＣ１１，Ｃ１２どうしの接続点との間にスイ
ッチング手段ＭＲを接続し、負荷が所定負荷以上である
場合にスイッチング手段ＭＲを動作させる制御信号を出
力する制御手段５を有している

Description

【発明の詳細な説明】

【０００１】

【発明の属する技術分野】この発明は電源装置に関し、
さらに詳細にいえば、全波整流回路を有しているととも
に、力率改善および高調波低減のためのリアクトルおよ
びＬＣ共振回路を有している電源装置に関する。

【０００２】

【従来の技術】近年、インバータやスイッチング電源な
どの電力用半導体応用機器の普及が進んでいる。これら
の機器を商用交流電源にて駆動する場合、一般的にコン
デンサ入力形整流回路による交流直流変換が行われる。
しかし、コンデンサ入力形整流回路では、交流入力電圧
の瞬時値がコンデンサ電圧より高い期間だけ入力電流が
流れるため、入力電流の導通角は狭く、ピーク値は非常
に大きくなる。そのため、入力電流には非常に大きな高
調波成分が含まれており、一部の機器への高調波障害が
顕在化しつつあるなど、社会問題になってきている。

【０００３】従来から一般的に用いられている簡単な電
源装置として、図１に示すチョーク入力形整流回路を用
いたものがある。この電源装置は、交流電源の端子間に
全波整流回路を接続し、全波整流回路の出力端子間にリ
アクトルを介して平滑用コンデンサを接続している。こ
の電源装置を採用した場合には、リアクトルによって入
力電流に含まれる高調波を大幅に低減し、図２に示すよ
うな入力電圧波形、入力電流波形を得ることができる。

【０００４】また、図３に示すように、交流電源の端子
間に全波整流回路を接続し、全波整流回路の出力端子間
にリアクトルおよび共振回路を互いに並列に介して平滑
用コンデンサを接続してなる電源装置が提案されてい
る。この電源装置を採用した場合には、リアクトルによ
って入力電流に含まれる高調波を大幅に低減するととも
に、電流導通角を進み位相側にも拡大して力率の向上を
達成し、図４に示すような入力電圧波形、入力電流波形
を得ることができる。

【０００５】

【発明が解決しようとする課題】図１に示す電源装置を
採用した場合には、電流導通角を遅れ位相側にしか拡げ
ることができないので、力率を高くすることが困難であ
る。また、入力電流が増加した場合には、リアクトルに
よる電圧降下が大きくなるため、負荷の増加に伴う直流
出力電圧の低下を招いてしまう。

【０００６】ここで、力率の低下は、入力電流実効値の
増加を招き、過大な電流容量の整流回路が必要となり、
電源装置全体のコストアップを招いてしまう。また、直
流電圧の低下は、接続される直流負荷へ供給できる最大
電力を低下させることになってしまう。例えば、この電
源装置によってモータ駆動用のインバータに直流電圧を
供給する構成を採用した場合には、インバータによって
駆動されるモータの運転範囲が狭くなってしまう。

【０００７】図３に示す電源装置を採用した場合には、
図１に示す電源装置と比較して力率を高くすることがで
き、力率の低下に伴う不都合の発生を防止することがで
きる。しかし、図１に示す電源装置と同様に、負荷の増
加に伴う直流出力電圧の低下を招いてしまうという不都
合がある。

【０００８】

【発明の目的】この発明は上記の問題点に鑑みてなされ
たものであり、負荷が増加した場合であっても、十分に
高い直流出力電圧を直流負荷に供給することができる電
源装置を提供することを目的としている。

【０００９】

【課題を解決するための手段】請求項１の電源装置は、
交流電源の両端子間に全波整流回路を接続し、全波整流
回路の出力端子間に平滑用コンデンサと、倍電圧用コン
デンサとを互いに並列接続し、全波整流回路と交流電源
との間にリアクトルを接続し、全波整流回路の入力側も
しくは出力側にＬＣ共振回路を接続し、全波整流回路の
入力端子と倍電圧用コンデンサどうしの接続点との間に
スイッチング手段を接続し、負荷が所定負荷以上である
場合にスイッチング手段を動作させる制御信号を出力す
る制御手段を有している。

【００１０】請求項２の電源装置は、スイッチング手段
を、交流電源のリアクトル、ＬＣ共振回路の何れも接続
されていない端子に接続された全波整流回路の入力端子
と倍電圧用コンデンサどうしの接続点との間に接続した
ものである。請求項３の電源装置は、前記制御手段とし
て、直流出力電圧を入力として負荷が所定負荷以上であ
るか否かを判定し、負荷が所定負荷以上である場合にス
イッチング手段を動作させる制御信号を出力するものを
採用している。

【００１１】請求項４の電源装置は、前記制御手段とし
て、直流出力電圧および直流出力電流を入力として負荷
が所定負荷以上であるか否かを判定し、負荷が所定負荷
以上である場合にスイッチング手段を動作させる制御信
号を出力するものを採用している。請求項５の電源装置
は、前記制御手段として、入力電圧および入力電流を入
力として負荷が所定負荷以上であるか否かを判定し、負
荷が所定負荷以上である場合にスイッチング手段を動作
させる制御信号を出力するものを採用している。

【００１２】

【作用】請求項１の電源装置であれば、交流電源の両端
子間に全波整流回路を接続し、全波整流回路の出力端子
間に平滑用コンデンサと、倍電圧用コンデンサとを互い
に並列接続し、全波整流回路と交流電源との間にリアク
トルを接続し、全波整流回路の入力側もしくは出力側に
ＬＣ共振回路を接続し、全波整流回路の入力端子と倍電
圧用コンデンサどうしの接続点との間にスイッチング手
段を接続し、負荷が所定負荷以上である場合にスイッチ
ング手段を動作させる制御信号を出力する制御手段を有
しているので、ＬＣ共振回路によって力率の向上を達成
できるとともに、高調波電流の低減を達成でき、しか
も、負荷が所定負荷以上である場合に制御手段によって
スイッチング手段を動作させて倍電圧整流動作を行わせ
ることにより、全波整流動作を行う場合と比較して直流
出力電圧を増加させることができる。

【００１３】請求項２の電源装置であれば、スイッチン
グ手段を、交流電源のリアクトル、ＬＣ共振回路の何れ
も接続されていない端子に接続された全波整流回路の入
力端子と倍電圧用コンデンサどうしの接続点との間に接
続したものであるから、請求項１と同様の作用を達成す
ることができる。請求項３の電源装置であれば、前記制
御手段として、直流出力電圧を入力として負荷が所定負
荷以上であるか否かを判定し、負荷が所定負荷以上であ
る場合にスイッチング手段を動作させる制御信号を出力
するものを採用しているので、請求項１と同様の作用を
達成することができる。

【００１４】請求項４の電源装置であれば、前記制御手
段として、直流出力電圧および直流出力電流を入力とし
て負荷が所定負荷以上であるか否かを判定し、負荷が所
定負荷以上である場合にスイッチング手段を動作させる
制御信号を出力するものを採用しているので、請求項１
と同様の作用を達成することができる。請求項５の電源
装置であれば、前記制御手段として、入力電圧および入
力電流を入力として負荷が所定負荷以上であるか否かを
判定し、負荷が所定負荷以上である場合にスイッチング
手段を動作させる制御信号を出力するものを採用してい
るので、請求項１と同様の作用を達成することができ
る。

【００１５】

【発明の実施の態様】以下、添付図面を参照してこの発
明の電源装置の実施態様を詳細に説明する。図５はこの
発明の電源装置の一実施態様を示す電気回路図である。
この実施態様の電源装置は、交流電源１の両端子間に全
波整流回路２を接続し、全波整流回路２の出力端子間
に、平滑用コンデンサＣ２と、互いに等しい静電容量を
有し、かつ互いに直列に接続された倍電圧用コンデンサ
Ｃ１１，Ｃ１２とを互いに並列接続し、交流電源１の一
方の端子と全波整流回路２との間にリアクトル３と、リ
アクトル４ａ、コンデンサ４ｂを互いに直列接続してな
るＬＣ共振回路４とを互いに並列接続し、交流電源１の
他方の端子に接続された全波整流回路２の入力端子と倍
電圧用コンデンサＣ１１，Ｃ１２どうしの接続点との間
にリレー接点ＭＲを接続し、しかも、リレー接点ＭＲの
動作を制御する制御回路５を設けている。

【００１６】前記制御回路５は、直流出力電圧を入力と
し、直流出力電圧が予め設定されている所定電圧を下回
ることを条件としてリレー接点ＭＲをオンにすることを
指示する制御信号を出力するものである。この実施態様
の電源装置を採用した場合には、直流出力電圧が予め設
定されている所定電圧以上である場合に、負荷が軽いの
であるから、リレー接点ＭＲはオフであり、図６中の
「リレー：オフ」の領域における実線で示すように、全
波整流動作を行って負荷に直流出力電圧を供給すること
ができる。

【００１７】また、直流出力電圧が予め設定されている
所定電圧を下回る場合に、負荷が重いのであるから、制
御回路５からの制御信号に基づいてリレー接点ＭＲがオ
ンになり、図６中の「リレー：オン」の領域における実
線で示すように、倍電圧整流動作を行って負荷に十分に
大きい直流出力電圧を供給することができる。したがっ
て、重負荷時の電流増加に伴うリアクトルによる電圧降
下を補償することができる。

【００１８】また、倍電圧整流動作を行っている期間に
おける電源装置の共振回路は、図７中（Ａ）および図７
中（Ｂ）に示す共振回路を合成した回路であり、両共振
回路に流れる共振電流ｉ１，ｉ２を合成することによ
り、図８に実線で示すように、導通角が進み位相側およ
び遅れ位相側の双方に拡がるので、力率の改善および高
調波の低減を達成することができる。

【００１９】さらに、この実施態様の電源装置におい
て、倍電圧用コンデンサＣ１１，Ｃ１２の静電容量を一
般の倍電圧整流回路に用いられているコンデンサの静電
容量よりも小さくすることによって、直流出力電圧を過
電圧とならない任意の電圧に設定することが可能であ
る。図９はこの発明の電源装置の他の実施態様を示す電
気回路図である。

【００２０】この電源装置が図５の電源装置と異なる点
は、リアクトル３と、リアクトル４ａ、コンデンサ４ｂ
を互いに直列接続してなるＬＣ共振回路４との並列接続
回路に代えて、図７中（Ａ）および図７中（Ｂ）に示す
共振回路の共振電流ｉ１，ｉ２に必要なリアクトルのう
ち、共通する部分３’を共振電流ｉ１，ｉ２が合流した
１つの電流経路上にまとめた点のみである。

【００２１】したがって、この実施態様を採用した場合
には、図５の電源装置と同様の作用を達成できるほか、
図５の電源装置と比較してリアクトル全体の小型化を達
成することができる。図１０はこの発明の電源装置のさ
らに他の実施態様を示す電気回路図である。この電源装
置が図５、図９の電源装置と異なる点は、２つのリアク
トルを１つのコアにて形成し、自己インダクタンスのみ
ならず相互インダクタンスをも利用する点のみである。

【００２２】したがって、この実施態様を採用した場合
には、図５、図９の電源装置と同様の作用を達成できる
ほか、図５、図９の電源装置と比較してリアクトル全体
の小型化、低コスト化を達成することができる。図１１
はこの発明の電源装置のさらに他の実施態様を示す電気
回路図である。この電源装置が図５、図９の電源装置と
異なる点は、ＬＣ共振回路を直流側で構成すべく、平滑
用コンデンサＣ２と、互いに直列に接続された倍電圧用
コンデンサＣ１１，Ｃ１２との間にリアクトル４ａを接
続し、このリアクトル４ａと倍電圧用コンデンサＣ１１
とでＬＣ共振回路を構成した点のみである。

【００２３】したがって、この実施態様を採用した場合
には、図５、図９の電源装置と同様の作用を達成できる
ほか、ＬＣ共振回路を構成するためのコンデンサを特別
に設ける必要がなくなり、部品点数を削減して低コスト
化を達成することができる。なお、図５、図９、図１
０、図１１の実施態様において、全波整流回路２の他方
の入力端子と倍電圧用コンデンサＣ１１，Ｃ１２どうし
の接続点との間にリレー接点ＭＲを接続することが可能
であり、前記と同様の作用を達成することができる。図
１２はこの発明の電源装置のさらに他の実施態様を示す
電気回路図である。この電源装置は、図５の電源装置に
おいて入力電流が零の期間にも共振電流が流れ続けて余
分な損失を発生させていたのを解消するためのものであ
る。

【００２４】この電源装置では、全波整流回路２に代え
て３対のダイオード直列接続回路を互いに並列接続して
なる３相全波整流回路６を採用し、一方の端子が交流電
源１の一方の端子に接続されたリアクトル３、ＬＣ共振
回路４の他方の端子をそれぞれ３相全波整流回路６の第
１、第２の入力端子に接続し、交流電源１の他方の端子
を３相全波整流回路６の第３の入力端子に接続してい
る。なお、他の部分の構成は図５の実施態様と同様であ
るから詳細な説明を省略する。

【００２５】この実施態様を採用した場合には、図１３
に示すように、入力電流が零の期間における共振電流を
３相全波整流回路６によって抑制することができ、損失
を低減することができる。図１４、図１５はそれぞれこ
の発明の電源装置のさらに他の実施態様を示す電気回路
図である。

【００２６】これらの電源装置は、図９、図１０の電源
装置において入力電流が零の期間にも共振電流が流れ続
けて余分な損失を発生させていたのを解消するためのも
のである。具体的には、図１２の電源装置と同様に、全
波整流回路２に代えて３対のダイオード直列接続回路を
互いに並列接続してなる３相全波整流回路６を採用して
いる。なお、他の部分の構成は図９、図１０の実施態
様、図１２の実施態様と同様であるから詳細な説明を省
略する。

【００２７】したがって、これらの実施態様を採用した
場合にも、入力電流が零の期間における共振電流を３相
全波整流回路６によって抑制することができ、損失を低
減することができる。図１６はこの発明の電源装置のさ
らに他の実施態様を示す電気回路図である。この電源装
置は、図１１の電源装置において入力電流が零の期間に
も共振電流が流れ続けて余分な損失を発生させていたの
を解消するためのものである。

【００２８】この電源装置では、平滑用コンデンサＣ２
と、互いに直列に接続された倍電圧用コンデンサＣ１
１，Ｃ１２との間にリアクトル４ａとダイオード７との
直列接続回路を接続している。なお、他の部分の構成は
図１１の実施態様と同様であるから詳細な説明を省略す
る。したがって、これらの実施態様を採用した場合に
も、入力電流が零の期間における共振電流をダイオード
７によって抑制することができ、損失を低減することが
できる。

【００２９】図１７は制御回路の他の構成例を示すブロ
ック図である。この制御回路１５は、直流出力電圧およ
び直流出力電流を入力とし、直流出力電力を算出して予
め設定されている所定の電力との大小を比較し、算出さ
れた直流出力電力が予め設定されている所定の電力を上
回ったことを条件としてリレー接点ＭＲをオンにするこ
とを指示する制御信号を出力するものである。

【００３０】したがって、算出された直流出力電力が予
め設定されている所定の電力を上回った場合（負荷が重
い場合）にのみ倍電圧整流動作を行わせることができ
る。図１８は制御回路のさらに他の構成例を示すブロッ
ク図である。この制御回路２５は、直流入力電圧および
直流入力電流を入力とし、直流入力電力を算出して予め
設定されている所定の電力との大小を比較し、算出され
た直流入力電力が予め設定されている所定の電力を上回
ったことを条件としてリレー接点ＭＲをオンにすること
を指示する制御信号を出力するものである。

【００３１】したがって、算出された直流入力電力が予
め設定されている所定の電力を上回った場合（負荷が重
い場合）にのみ倍電圧整流動作を行わせることができ
る。なお、図１７、図１８において高調波低減回路とし
て示されている部分は、図５、図９から図１２、図１４
から図１６の何れかの電源装置におけるリアクトル、共
振回路、全波整流回路、平滑用コンデンサ、倍電圧用コ
ンデンサ、およびリレー接点を含んでいる。

【００３２】

【発明の効果】請求項１の発明は、ＬＣ共振回路によっ
て力率の向上を達成できるとともに、高調波電流の低減
を達成でき、しかも、負荷が所定負荷以上である場合に
制御手段によってスイッチング手段を動作させて倍電圧
整流動作を行わせることにより、全波整流動作を行う場
合と比較して直流出力電圧を増加させることができると
いう特有の効果を奏する。

【００３３】請求項２の発明は、請求項１と同様の効果
を奏する。請求項３の発明は、請求項１と同様の効果を
奏する。請求項４の発明は、請求項１と同様の効果を奏
する。請求項５の発明は、請求項１と同様の効果を奏す
る。

【図面の簡単な説明】

【図１】従来の電源装置の一例を示す電気回路図であ
る。

【図２】図１の電源装置の入力電圧波形および入力電流
波形を示す図である。

【図３】従来の電源装置の他の例を示す電気回路図であ
る。

【図４】図３の電源装置の入力電圧波形および入力電流
波形を示す図である。

【図５】この発明の電源装置の一実施態様を示す電気回
路図である。

【図６】入力電力に対する直流出力電圧の変化を示す図
である。

【図７】図５の電源装置の共振回路を示す電気回路図で
ある。

【図８】図５の電源装置の入力電圧波形、入力電流波
形、共振電流波形を示す図である。

【図９】この発明の電源装置の他の実施態様を示す電気
回路図である。

【図１０】この発明の電源装置のさらに他の実施態様を
示す電気回路図である。

【図１１】この発明の電源装置のさらに他の実施態様を
示す電気回路図である。

【図１２】この発明の電源装置のさらに他の実施態様を
示す電気回路図である。

【図１３】図１２の電源装置の入力電圧波形、入力電流
波形、共振電流波形を示す図である。

【図１４】この発明の電源装置のさらに他の実施態様を
示す電気回路図である。

【図１５】この発明の電源装置のさらに他の実施態様を
示す電気回路図である。

【図１６】この発明の電源装置のさらに他の実施態様を
示す電気回路図である。

【図１７】制御回路の他の構成例を示すブロック図であ
る。

【図１８】制御回路のさらに他の構成例を示すブロック
図である。

【符号の説明】

１交流電源２全波整流回路３リアクトル４ＬＣ共振回路５，１５，２５制御回路６３相全波整流回路Ｃ１１，Ｃ１２倍電圧用コンデンサＣ２平滑用
コンデンサＭＲリレー接点

Claims

【特許請求の範囲】

【請求項１】交流電源（１）の両端子間に全波整流回
路（２）（６）を接続し、全波整流回路（２）（６）の
出力端子間に平滑用コンデンサ（Ｃ２）と、倍電圧用コ
ンデンサ（Ｃ１１）（Ｃ１２）とを互いに並列接続し、
全波整流回路（２）（６）と交流電源（１）との間にリ
アクトル（３）を接続し、全波整流回路（２）（６）の
入力側もしくは出力側にＬＣ共振回路（４）を接続し、
全波整流回路（２）（６）の入力端子と倍電圧用コンデ
ンサ（Ｃ１１）（Ｃ１２）どうしの接続点との間にスイ
ッチング手段（ＭＲ）を接続し、負荷が所定負荷以上で
ある場合にスイッチング手段（ＭＲ）を動作させる制御
信号を出力する制御手段（５）（１５）（２５）を有し
ていることを特徴とする電源装置。
【請求項２】スイッチング手段（ＭＲ）は、交流電源
（１）のリアクトル（３）、ＬＣ共振回路（４）の何れ
も接続されていない端子に接続された全波整流回路
（２）（６）の入力端子と倍電圧用コンデンサ（Ｃ１
１）（Ｃ１２）どうしの接続点との間に接続されている
請求項１に記載の電源装置。
【請求項３】前記制御手段（５）は、直流出力電圧を
入力として負荷が所定負荷以上であるか否かを判定し、
負荷が所定負荷以上である場合にスイッチング手段（Ｍ
Ｒ）を動作させる制御信号を出力するものである請求項
１または請求項２に記載の電源装置。
【請求項４】前記制御手段（１５）は、直流出力電圧
および直流出力電流を入力として負荷が所定負荷以上で
あるか否かを判定し、負荷が所定負荷以上である場合に
スイッチング手段（ＭＲ）を動作させる制御信号を出力
するものである請求項１または請求項２に記載の電源装
置。
【請求項５】前記制御手段（２５）は、入力電圧およ
び入力電流を入力として負荷が所定負荷以上であるか否
かを判定し、負荷が所定負荷以上である場合にスイッチ
ング手段（ＭＲ）を動作させる制御信号を出力するもの
である請求項１または請求項２に記載の電源装置。