(57)【要約】【課題】力率を改善できるとともに高調波電流を抑制することができる電源装置及びこの電源装置を用いたモータ駆動装置を提供する。【解決手段】全波整流電圧を平滑する平滑回路は、基本的な構成として、第１コンデンサ、第１ダイオード、第１抵抗器、第２コンデンサ、第２ダイオード、第３ダイオードを備える。この平滑回路において、第１抵抗器の他端と第２コンデンサの一端との接続間に第３コンデンサを設け、この第３コンデンサに第２抵抗器を並列接続する。【選択図】図１
2020129860.tif 000002
【特許請求の範囲】
【請求項１】
交流電圧を全波整流する全波整流回路と、
前記全波整流回路の正側出力端に一端が接続された第１コンデンサ、この第１コンデンサの他端にアノードが接続された第１ダイオード、この第１ダイオードのカソードに一端が接続された第１抵抗器、この第１抵抗器の他端に一端が接続され前記全波整流回路の負側出力端に他端が接続された第２コンデンサ、前記全波整流回路の負側出力端にアノードが接続され前記第１コンデンサの他端にカソードが接続された第２ダイオード、前記第２コンデンサの一端にアノードが接続され前記全波整流回路の正側出力端にカソードが接続された第３ダイオードを含み、前記全波整流回路の全波整流電圧を平滑する平滑回路と、
を備え、
前記第１抵抗器の他端と前記第２コンデンサの一端との接続間に第３コンデンサを設け、この第３コンデンサに第２抵抗器を並列接続した
ことを特徴とする電源装置。
【請求項２】
前記第１コンデンサと前記第２コンデンサの容量は、実質的に同じで、
記第３コンデンサの容量は、前記第１及び前記第２コンデンサの容量よりも大とした
ことを特徴とする請求項１に記載の電源装置。
【請求項３】
請求項１または請求項２に記載の前記電源装置の出力が供給されるインバータと、
このインバータによって駆動されるモータと、
を備えることを特徴とするモータ駆動装置。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明の実施形態は、交流電源の電圧を全波整流回路で全波整流し、この全波整流電圧をバレーフィル回路で平滑して負荷へ供給する電源装置及びこの電源装置を用いたモータ駆動装置に関する。
【背景技術】
【０００２】
交流電源の電圧を全波整流回路で全波整流し、この全波整流電圧を力率改善用の２つのコンデンサと３つのダイオードを用いたバレーフィル回路で平滑して負荷へ供給する電源装置が知られている。バレーフィル回路は、全波整流電圧の脈動レベルの谷間（低レベル期間）を埋めるように平滑する。
【先行技術文献】
【特許文献】
【０００３】
【特許文献１】実開昭57-130542号公報
【特許文献２】特開2015-125953号公報
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【０００４】
上記電源装置では、バレーフィル回路の採用により力率の改善が図れるが、電源側に流出する高調波電流の抑制については対応が難しいという課題がある。
【０００５】
本発明の実施形態の目的は、力率を改善できるとともに高調波電流を抑制することができる電源装置及びこの電源装置を用いたモータ駆動装置を提供することである。
【課題を解決するための手段】
【０００６】
請求項１の電源装置は、交流電圧を全波整流する全波整流回路、およびこの全波整流回路の全波整流電圧を平滑する平滑回路を備える。平滑回路は、前記全波整流回路の正側出力端に一端が接続された第１コンデンサ、この第１コンデンサの他端にアノードが接続された第１ダイオード、この第１ダイオードのカソードに一端が接続された第１抵抗器、この第１抵抗器の他端に一端が接続され前記全波整流回路の負側出力端に他端が接続された第２コンデンサ、前記全波整流回路の負側出力端にアノードが接続され前記第１コンデンサの他端にカソードが接続された第２ダイオード、前記第２コンデンサの一端にアノードが接続され前記全波整流回路の正側出力端にカソードが接続された第３ダイオードを含む。この平滑回路において、前記第１抵抗器の他端と前記第２コンデンサの一端との接続間に第３コンデンサを設け、この第３コンデンサに第２抵抗器を並列接続する。
【０００７】
請求項３のモータ駆動装置は、請求項１または請求項２に記載の電源装置の出力が供給されるインバータと、このインバータによって駆動されるモータと、を備える。
【図面の簡単な説明】
【０００８】
【図１】一実施形態の構成を示すブロック図。
【図２】バレーフィル回路の基本的な構成による平滑後の直流電圧と入力電流の関係を示す波形図。
【図３】一実施形態における平滑後の直流電圧と入力電流の関係を示す波形図。
【図４】一実施形態における高調波含有率を従来と対比して示す図。
【発明を実施するための形態】
【０００９】
本発明の一実施形態について図面を参照しながら説明する。
図１に示すように、単相交流電源１にノイズフィルタ２を介して全波整流回路３が接続され、その全波整流回路３の出力端に平滑回路１０が接続されている。ノイズフィルタ２、全波整流回路３、および平滑回路１０により、本実施形態の電源装置が構成される。
【００１０】
全波整流回路３は、４つのダイオード３ａ〜３ｄのブリッジ接続により構成され、交流電源１の電圧Ｖｃを全波整流する。平滑回路１０は、全波整流回路３の全波整流電圧Ｖｄ１を平滑し直流電圧Ｖｄ２として出力する。この直流電圧Ｖｄ２が負荷３０に供給される。負荷３０は、誘導性負荷であって、例えば冷凍サイクル装置の圧縮機モータなどの三相ＤＣブラシレスモータ３２とそれに駆動電力を供給するインバータ３１を含む。インバータ３１は、上記電源装置から供給される直流電圧Ｖｄ２を外部からの指令に応じた所定周波数の三相交流電圧に変換し出力する。この出力により、三相ＤＣブラシレスモータ３２が可変速駆動される。これらインバータ３１と三相ブラシレスＤＣモータ３１及び上記電源装置により、モータ駆動装置が構成される。
【００１１】
平滑回路１０は、バレーフィル（Valley Fill）回路の基本的な構成として、全波整流回路３の正側出力端(＋)に一端が接続された第１コンデンサ（キャパシタ）１１、この第１コンデンサ１１の他端にアノードが接続された第１ダイオード１２、この第１ダイオード１２のカソードに一端が接続された第１抵抗器１３、この第１抵抗器１３の他端に一端が接続され全波整流回路３の負側出力端(−)に他端が接続された第２コンデンサ１４、全波整流回路３の負側出力端(−)にアノードが接続され第１コンデンサ１１の他端にカソードが接続された第２ダイオード１５、第２コンデンサ１４の一端にアノードが接続され全波整流回路３の正側出力端(＋)にカソードが接続された第３ダイオード１６を含む。ここで、第１コンデンサ１１及び第２コンデンサ１４は、従来のコンデンサインプット型の平滑回路に用いられるコンデンサよりもその容量は大幅に少ないものが使用できる。このため、装置の小型化が可能である。
【００１２】
全波整流回路３から出力される全波整流電圧Ｖｄ１により、図１に実線矢印で示すように、全波整流回路３の正側出力端(＋)からコンデンサ１１に電流が流れ、そのコンデンサ１１を経た電流がダイオード１２および抵抗器１３を通ってコンデンサ１４に流れ、そのコンデンサ１４を経た電流が全波整流回路３の負側出力端(−)に流れる。この電流の流れによりコンデンサ１１，１４が充電される。この充電に際し、全波整流電圧Ｖｄ１がコンデンサ１１とコンデンサ１４とに分圧された状態でそれぞれのコンデンサに印加される。分圧レベルについては、コンデンサ１１とコンデンサ１４の容量比で決定される。この２つのコンデンサ１１，１４の容量（静電容量）は、コンデンサ１１，１４の性能を最大限発揮させ、かつ寿命を長くするために実質的に同一容量にすることが望ましい。すなわちコンデンサ１１の容量Ｃ１１とコンデンサ１４の容量Ｃ１４をＣ１１＝Ｃ１４とする。
【００１３】
全波整流電圧Ｖｄ１は、正弦波状に変化する電源電圧Ｖｃの波形に合わせて脈動する。この脈動レベルがコンデンサ１１，１４の合計電圧レベルと同じまたはそれより高くなる期間において、コンデンサ１１，１４が充電されつつ全波整流電圧Ｖｄ１が負荷３０側に供給される。脈動レベルがコンデンサ１１の電圧レベルより低い期間において、図１に破線矢印で示すように、コンデンサ１１の電圧がダイオード１５を通じて負荷３０側に放電する。また、脈動レベルがコンデンサ１４の電圧レベルより低い期間において、図１に破線矢印で示すように、コンデンサ１４の電圧がダイオード１６を通じて負荷３０側に放電する。
【００１４】
こうして、図２に示すように、全波整流電圧Ｖｄ１の脈動レベルの谷間（低レベル期間）を埋めるように平滑された波形の直流電圧Ｖｄ２が平滑回路１０から出力され、それが負荷３０に供給される。直流電圧Ｖｄ２は、脈動レベルの谷間と対応する期間で最小レベルとなる。コンデンサ１１とコンデンサ１４の容量比を１：１、すなわち同じ容量にした場合、この最小レベルは、脈動する全波整流電圧Ｖｄ１のピークの1/2程度の大きさとなる。
【００１５】
交流電源１から全波整流回路３への入力電流Ｉａは、直流電圧Ｖｄ２が最小レベルとなる期間で零レベルとなり、その零レベルの期間を除く期間において電源電圧Ｖｃとほぼ同じ位相でレベル変化する。零レベルの期間を除く期間のことを、入力電流Ｉａの通流角θという。なお、抵抗器１３の抵抗値により、この入力電流Ｉａのピークを抑制している。抵抗器１３の抵抗値を大きくすれば、入力電流Ｉａのピークを低減できる。
【００１６】
ここまでは、バレーフィル回路の基本的な構成についての説明である。
力率をさらに改善するためには、また高調波電流を確実に抑制するためには、入力電流Ｉａの通流角θを拡げる必要がある。
【００１７】
そこで、本実施形態では、平滑回路１０における第１抵抗器１３の他端と第２コンデンサ１４の一端との接続間に第３コンデンサ２１を設け、この第３コンデンサ２１に第２抵抗器２２を並列接続している。
【００１８】
この場合、全波整流回路３から出力される全波整流電圧Ｖｄ１により、図１に実線矢印で示すように、全波整流回路３の正側出力端(＋)からコンデンサ１１に電流が流れ、そのコンデンサ１１を経た電流がダイオード１２および抵抗器１３を通ってコンデンサ２１に流れ、そのコンデンサ２１を経た電流がコンデンサ１４に流れ、そのコンデンサ１４を経た電流が全波整流回路３の負側出力端(−)に流れる。３つのコンデンサ１１，２１，１４が充電される。この充電に際し、全波整流電圧Ｖｄ１がコンデンサ１１，２１，１４に３分圧された状態でそれぞれのコンデンサに印加される。これらの分圧レベルは、コンデンサ１１，２１，１４の容量比で決まる。この場合もコンデンサ１１の容量Ｃ１１とコンデンサ１４の容量Ｃ１４は同じで、かつコンデンサＣ２１の容量Ｃ２１をこれらよりも大きい値に設定する（“Ｃ１１＝Ｃ１４”＜Ｃ２１）ことが望ましい。ただし、あまりにコンデンサ２１の容量を大きくし過ぎると、後述する全波整流電圧Ｖｄ１の脈動レベルの谷間に対応する期間の直流電圧Ｖｄ２の最小レベルが低下し過ぎ、負荷３０にあるインバータ３１によって三相ブラシレスＤＣモータ３２を駆動することが困難になるため、コンデンサ２１の容量については、直流電圧Ｖｄ２が容易に三相ブラシレスＤＣモータ３２を駆動することができるレベルに収まる範囲に設定すべきである。
【００１９】
全波整流電圧Ｖｄ１を２つのコンデンサ１１，１４に分圧して充電するのがバレーフィル回路の基本的な構成であるが、本実施形態では、全波整流電圧Ｖｄ１を３つのコンデンサ１１，２１，１４の３つに分圧して充電する。３つに分圧して充電することで、コンデンサ１１の電圧レベルおよびコンデンサ１４の電圧レベルをコンデンサ２１に分圧させる分だけ低下させることができる。
【００２０】
コンデンサ１１の電圧レベルおよびコンデンサ１４の電圧レベルが低下すると、図３に示すように、全波整流電圧Ｖｄ１の脈動レベルの谷間に対応する期間の直流電圧Ｖｄ２の最小レベルが低下するとともに、その最小レベルとなる期間が短くなる。これに伴い、入力電流Ｉａの零レベル期間も短くなり、その分だけ、入力電流Ｉａの通流角θが拡がる。
【００２１】
入力電流Ｉａの通流角θが拡がるので、力率をさらに改善できるとともに、当該電源装置から交流電源１側に流出する高調波電流を確実に抑制することができる。入力電流Ｉａに含まれる高調波成分の含有率（％）を高調波の次数ごとに従来と対比して示したのが図４である。白抜きの棒状グラフが本実施形態の含有率を示し、斜線入りの棒状グラフが従来の含有率を示す。５次や９次では従来の方が少し良い結果となっているが、３次や７次では従来のほぼ半分まで含有率を抑制することができる。全高調波歪み（THD）は、従来は29.3％であるのに対し、本実施形態では20.7％となる。
【００２２】
ただ、全波整流電圧Ｖｄ１をコンデンサ１１，２１，１４の３つに分圧して充電するだけでは、コンデンサ２１に対する放電路が形成されないまま、コンデンサ２１の電圧が全波整流電圧Ｖｄ１まで上昇して飽和し、飽和の時点で平滑回路１０が本来のバレーフィル回路として機能しなくなってしまう。
【００２３】
対策として、第３コンデンサ２１に対し、放電用の第２抵抗器２２を並列接続している。全波整流電圧Ｖｄ１の脈動レベルが低下してコンデンサ１１，１４が放電するとき、コンデンサ２１も抵抗器２２を通して放電する。これにより、コンデンサ２１の電圧が全波整流電圧Ｖｄ１まで上昇して飽和することがなくなり、平滑回路１０を本来のバレーフィル回路として適切に機能させることができる。抵抗器２２の抵抗値を適宜に選定することにより、コンデンサ２１の電圧が零レベルまで放電しないように調整することができる。
【００２４】
以上、平滑回路１０の採用により、力率をさらに改善できるとともに高調波電流を抑制することができる。
【００２５】
上記実施形態は、例として提示したものであり、発明の範囲を限定することは意図していない。これら実施形態は、その他の様々な形態で実施されることが可能であり、発明の要旨を逸脱しない範囲で、種々の省略、書き換え、変更を行うことができる。これら実施形態は、発明の範囲は要旨に含まれるとともに、特許請求の範囲に記載された発明とその均等の範囲に含まれる。
【符号の説明】
【００２６】
１…交流電源、２…ノイズフィルタ、３…全波整流回路、１０…平滑回路、１１…第１コンデンサ、１２…第１ダイオード、１３…第１抵抗器、１４…第２コンデンサ、１５…第２ダイオード、１６…第３ダイオード、２１…第３コンデンサ、２２…第２抵抗器、３０…負荷、３１…インバータ、３２…三相ＤＣブラシレスモータ(モータ)
【図１】
2020129860.tif 000003
【図２】
2020129860.tif 000004
【図３】
2020129860.tif 000005
【図４】
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