(57)【特許請求の範囲】
【請求項１】
交流電源から整流回路を通して供給された直流、又は直流電源から直接供給された直流を導く線路の正側と負側にそれぞれインダクタを直列に挿入し、前記正側のインダクタと負荷との間、及び前記負側のインダクタと負荷との間にそれぞれコンデンサを直列に挿入し、前記正側のインダクタとそれに直列に接続されたコンデンサとの結合点と、前記負側のインダクタとそれに直列に接続されたコンデンサとの結合点との間に、スイッチング素子を接続し、
前記正側のインダクタと負側のインダクタとの容量比は、前記正側のインダクタに直列に接続されたコンデンサと前記負側のインダクタに直列に接続されたコンデンサとの容量比の逆数となっていることを特徴とするコンデンサ結合電源装置。
【請求項２】
前記正側のインダクタの容量と負側のインダクタとの容量とは互いに等しく、前記正側のインダクタに直列に接続されたコンデンサの容量と前記負側のインダクタに直列に接続されたコンデンサの容量とが互いに等しいことを特徴とする請求項１記載のコンデンサ結合電源装置。
【請求項３】
前記コンデンサの出力端に整流回路と平滑回路が接続されていることを特徴とする請求項１記載のコンデンサ結合電源装置。
【請求項４】
前記整流回路の正側の経路と負側の経路に、それぞれ平滑用インダクタが挿入されていることを特徴とする請求項３記載のコンデンサ結合電源装置。
【発明の詳細な説明】
【０００１】
【発明の属する技術分野】
本発明は、コンデンサ結合電源装置に関するものである。
【０００２】
【従来の技術】
電源装置には、所望の大きさの電圧を得るために、変圧器が用いられることがあるが、この変圧器は、一次側と二次側とを絶縁するという役目も果たしている。
一方、小型化軽量化の目的のために、変圧器を用いないで済む電源装置が求められることがある。
【０００３】
この、変圧器のない電源装置は、変圧器を用いた電源装置と違って、電源側と負荷側との絶縁を保つことが一般に困難である。
従来では、この絶縁を保つため、電源側と負荷側との間でコンデンサを直列に結合させたタイプの電源装置が提案されている（特開平９−７４７４１号公報参照）。
【０００４】
【発明が解決しようとする課題】
しかし、このタイプの電源装置は、直流に対する絶縁はできても、交流に対する十分な絶縁が確保されていないのが実状である。
そこで、本発明は、直流に対する絶縁のみならず、交流に対する絶縁も十分に確保することができる電源装置を実現することを目的とする。
【０００５】
【課題を解決するための手段】
本発明の電源装置は、交流電源から整流回路を通して供給された直流、又は直流電源から直接供給された直流を導く線路の正側と負側にそれぞれインダクタを直列に挿入し、前記各インダクタにスイッチング素子を並列接続し、前記正側のインダクタと負荷との間、及び前記負側のインダクタと負荷との間にそれぞれコンデンサを直列に挿入したものである。
【０００６】
前記の構成によれば、直流を導く線路の正側と負側の両方にそれぞれインダクタを直列に挿入していることが特徴となる。
この特徴により，電源と負荷との間の絶縁が、直流に対しても、交流に対しても達成される。
本発明では、前記正側のインダクタと負側のインダクタとの容量比は、前記正側のインダクタに直列に接続されたコンデンサと前記負側のインダクタに直列に接続されたコンデンサとの容量比の逆数となっている（請求項１）。
【０００７】
この関係を満たすことにより，電源と負荷との間の絶縁が、完全に達成される。なお、この関係を満たさない場合でも、電源と負荷との間の絶縁は、実用上十分なレベルで達成される。
前記正側のインダクタの容量と負側のインダクタとの容量とは互いに等しく、前記正側のインダクタに直列に接続されたコンデンサの容量と前記負側のインダクタに直列に接続されたコンデンサの容量とが互いに等しいものであってもよい（請求項２）。これは、前記容量比が１の場合に該当する。
【０００８】
前記コンデンサの出力端に整流回路と平滑回路が接続されている構成であってもよい（請求項３）。この構成により、直流電圧を供給する電源を構成することができるし、絶縁レベルがさらに改善される。
前記整流回路の正側の経路と負側の経路に、それぞれ平滑用インダクタが挿入されているものであってもよい（請求項４）。このインダクタと前記入力端のインダクタを適度に結合させれば、脈流のない、平滑な直流を得ることができる。
【０００９】
【発明の実施の形態】
以下、本発明の実施の形態を、添付図面を参照しながら詳細に説明する。
図１は、本発明のコンデンサ結合直流電源装置の動作を説明するための概略回路図である。
商用交流電源１の交流電圧は、第一の整流回路２により直流（脈流）電圧に変換される。変換後の直流の正側及び負側に、それぞれインダクタＬ１，Ｌ２が挿入され、インダクタＬ１，Ｌ２の出力側には高周波スイッチＳが並列に接続されている。
【００１０】
前記各インダクタＬ１，Ｌ２には、さらにコンデンサＣ１，Ｃ２が接続され、これらのコンデンサＣ１，Ｃ２の出力側に、第ニの整流回路を構成するダイオードＤが接続されている。ダイオードＤの出力側には、平滑回路３を構成するインダクタＬ３とコンデンサＣ３が接続されている。
前記インダクタＬ１，Ｌ２の容量とコンデンサＣ１，Ｃ２の容量との関係は、次の式（１）に従っている。
【００１１】
Ｌ１／Ｌ２＝Ｃ２／Ｃ１           (1)
この関係の特殊な場合として、Ｌ１＝Ｌ２，Ｃ１＝Ｃ２の関係が含まれる。
図２は，従来の回路図であり、変換後の直流の正側のみにインダクタＬ１が挿入されており、負側にはインダクタが挿入されていない。他の回路素子の構成は、図１と同様である。
図１に示すように、本発明では、直流の正側にインダクタＬ１を備え、負側にインダクタＬ２を備え、インダクタＬ１，Ｌ２の容量とコンデンサＣ１，Ｃ２の容量とが前記(1)式を満足することによって、電源と、平滑回路３の出力との間で、直流絶縁、及び交流絶縁が達成される。
【００１２】
このことは、後に示すように、電源と、平滑回路３の出力との間に抵抗を接続しても、この抵抗に直流電流も交流電流も流れないことを確認することによって、証明できる。
以上で、本発明の実施の形態を説明したが、本発明の実施は、前記の形態に限定されるものではない。例えば、図１において交流電源１、第一の整流回路２がなく、直流入力形の電源装置にも本発明は適用可能である。または第一の整流回路２がなく、直接、交流電源１につながった交流入力形の電源装置にも本発明は適用可能である。また、ダイオードＤ、平滑回路３を省略して、交流出力形の電源装置としても本発明は適用可能である。その他、本発明の範囲内において種々の変更を施すことが可能である。
【００１３】
【実施例】
＜実施例１＞
図３は、本発明の効果を検証するために使用した回路図である。この回路構成、回路定数をコンピュータに入力し、回路解析ソフトを用いて、各部の電圧・電流波形を予測した。
この回路は、直流入力―直流出力の形になっていて、図１の交流電源１と、第一の整流回路２とは省略されている。インダクタＬ１，Ｌ２に相当するものとして、それぞれ１５μＨのコイルが使用されている。コンデンサＣ１，Ｃ２に相当するものとして、それぞれ0.01μＦのコンデンサが使用されている。したがって、この回路は、Ｌ１＝Ｌ２，Ｃ１＝Ｃ２の関係を満たしていることになる。チョッピング周波数は、200kHzである。
【００１４】
負荷ＲＬとして２０Ωの抵抗を接続している。この負荷ＲＬの一端に、絶縁を調べるための抵抗Ｒｉが接続されている。
直流入力オン後の、負荷抵抗ＲＬの両端の負荷電圧ＶＬと、抵抗Ｒｉの両端電圧Ｖｉの電圧波形を時間経過とともにグラフにしたものが、図４である。
図４の縦軸電圧ＶＬ，Ｖｉの単位はボルト、横軸時間の単位はμｓｅｃである。
図４のグラフによれば、立ち上がり後、負荷電圧ＶＬは速やかに立ち上がっていくが、電圧Ｖｉのほとんど０のままである。
【００１５】
＜実施例２＞
図５は、本発明の効果を検証するための他の回路図を示す。この回路では、インダクタＬ１，Ｌ２に相当するものとして、それぞれ１０μＨ，２０μＨのコイルが使用されている。コンデンサＣ１，Ｃ２に相当するものとして、それぞれ０．０１４μＦ，０．００７μＦのコンデンサが使用されている。したがって、
Ｌ１／Ｌ２＝Ｃ２／Ｃ１＝０．５
の関係をみたす。
【００１６】
図６は、直流入力オン後の、負荷電圧ＶＬと、抵抗Ｒｉの両端電圧Ｖｉの電圧波形の時間経過を示すグラフである。
この図６のグラフによれば、図４と同様、立ち上がり後、負荷電圧ＶＬは速やかに立ち上がっていくが、電圧Ｖｉのほとんど０のままである。
＜比較例＞
図７は、従来技術に係る回路を示す。直流電源の正側のみに、３０μＨのコイルが挿入されている。コンデンサは、実施例１と同様，それぞれ０．０１μＦの容量のものが使われている。
【００１７】
この回路における、直流入力オン後の、負荷電圧ＶＬと、抵抗Ｒｉの両端電圧Ｖｉの電圧波形の時間経過を、図８に示す。このグラフによれば、抵抗Ｒｉの両端電圧Ｖｉに、周波数２００ｋＨｚの大きな高周波電圧が乗っていることが分かる。
したがって、交流に対する絶縁が十分でなく、抵抗Ｒｉが人体であるとすると、人体に高周波電流が流れて感電することが分かる。
【００１８】
【発明の効果】
以上のように本発明のコンデンサ結合電源装置によれば、変圧器を用いないで、電源側と負荷側との間に、抵抗を介しても直流電流、交流電流が流れないという、入出力間の絶縁を保つことができる。したがって、コンピュータ、各種通信機器などに最適な電源装置を提供することができる。
また、このコンデンサ結合電源装置によれば、送電配電側に与える高調波歪が少ない。また、インダクタとコンデンサによって共振条件を満たすことが簡単にでき、ノイズを吸収することができるので、ノイズの出ない電源装置を提供することができる。
【図面の簡単な説明】
【図１】本発明のコンデンサ結合直流電源装置の動作を説明するための概略回路図である。
【図２】変換後の直流の正側のみに、インダクタが挿入されている従来のコンデンサ結合電源装置の回路図である。
【図３】本発明の効果を検証するために使用した回路図である。
【図４】図３の回路における、直流入力オン後の、負荷抵抗ＲＬの両端の負荷電圧ＶＬと、抵抗Ｒｉの両端電圧Ｖｉの電圧波形を時間経過とともに示すグラフである。
【図５】本発明の効果を検証するための他の回路図である。
【図６】図５の回路における、直流入力オン後の、負荷抵抗ＲＬの両端の負荷電圧ＶＬと、抵抗Ｒｉの両端電圧Ｖｉの電圧波形を時間経過とともに示すグラフである。
【図７】従来技術に係る回路図である。
【図８】図７の回路における、直流入力オン後の、負荷抵抗ＲＬの両端の負荷電圧ＶＬと、抵抗Ｒｉの両端電圧Ｖｉの電圧波形を時間経過とともに示すグラフである。
【符号の説明】
１  商用交流電源
２  第一の整流回路
３  平滑回路
Ｌ１，Ｌ２，Ｌ３  インダクタ
Ｓ  高周波スイッチ
Ｃ１，Ｃ２，Ｃ３  コンデンサ
Ｄ  第ニの整流回路を構成するダイオード
【図１】
0003562804.tif 000002
【図２】
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【図３】
0003562804.tif 000004
【図４】
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【図５】
0003562804.tif 000006
【図６】
0003562804.tif 000007
【図７】
0003562804.tif 000008
【図８】
0003562804.tif 000009