(57)【要約】      （修正有）【課題】高調波低減用リアクタを複数個並列で使用する大容量直流電源装置において、リアクタ断線を検出可能とする。【解決手段】交流電源を全波整流するブリッジ整流回路７と、ブリッジ整流回路７の出力を平滑する平滑コンデンサ８と、交流電源とブリッジ整流回路７の交流入力端子との間に接続されたリアクタ２と、ブリッジ整流回路７の交流入力端子間に接続された双方向スイッチ１０と、交流電源の電圧のゼロ点を検出するゼロクロス検出手段１１と、平滑コンデンサ８の両端の直流電圧を検出する直流電圧検出手段１２と、双方向スイッチ１０に流れる電流を検出するスイッチ電流検出手段１３と、スイッチ電流検出手段１３の出力に基づきリアクタ２の断線を検出するリアクタ断線検出手段１４と、ゼロクロス検出手段１１の出力と直流電圧検出手段１２及びリアクタ断線検出手段１４の出力に基づき双方向スイッチ１０を駆動するスイッチ制御手段１５を備える。【選択図】図１
2006149047.tif 000002
【特許請求の範囲】
【請求項１】
交流電源と、前記交流電源からの交流を全波整流する４個のダイオードで形成されたブリッジ整流回路と、前記ブリッジ整流回路の出力を平滑する平滑コンデンサと、前記交流電源と前記ブリッジ整流回路の交流入力端子との間に接続された複数個並列接続されたリアクタと、前記ブリッジ整流回路の交流入力端子間に接続された双方向スイッチと、前記交流電源の電圧のゼロ点を検出するゼロクロス検出手段と、前記平滑コンデンサの両端の直流電圧を検出する直流電圧検出手段と、前記半導体スイッチに流れる電流を検出するスイッチ電流検出手段と、前記スイッチ電流検出手段の出力に基づき前記リアクタの断線を検出するリアクタ断線検出手段と、前記ゼロクロス検出手段の出力と前記直流電圧検出手段及び前記リアクタ断線検出手段の出力に基づき前記双方向スイッチを駆動するスイッチ制御手段とを備えたことを特徴とする直流電源装置。
【請求項２】
交流電源と、前記交流電源からの交流を全波整流する４個のダイオードで形成されたブリッジ整流回路と、前記ブリッジ整流回路の正極出力端子と逆流防止用ダイオードのアノード端子との間に接続された複数個並列接続されたリアクタと、前記ブリッジ整流回路の直流出力端子間に接続されたスイッチと、逆流防止用ダイオードのカソード側に接続された平滑コンデンサと、前記交流電源の電圧のゼロ点を検出するゼロクロス検出手段と、前記平滑コンデンサの両端の直流電圧を検出する直流電圧検出手段と、前記スイッチに流れる電流を検出するスイッチ電流検出手段と、前記スイッチ電流検出手段の出力に基づき前記リアクタの断線を検出するリアクタ断線検出手段と、前記ゼロクロス検出手段の出力と前記直流電圧検出手段及び前記リアクタ断線検出手段の出力に基づき前記スイッチを駆動するスイッチ制御手段とを備えたことを特徴とする直流電源装置。
【請求項３】
交流電源と、前記交流電源からの交流を全波整流する４個のダイオードで形成されたブリッジ整流回路と、前記ブリッジ整流回路の出力を平滑する平滑コンデンサと、前記交流電源と前記ブリッジ整流回路の交流入力端子との間に接続された複数個並列接続されたリアクタと、前記ブリッジ整流回路の交流入力端子と直流出力端子との間に双方向スイッチを介して接続されたコンデンサと、前記交流電源の電圧のゼロ点を検出するゼロクロス検出手段と、前記平滑コンデンサの両端の直流電圧を検出する直流電圧検出手段と、前記双方向スイッチに流れる電流を検出するスイッチ電流検出手段と、前記スイッチ電流検出手段の出力に基づき前記リアクタの断線を検出するリアクタ断線検出手段と、前記ゼロクロス検出手段の出力と前記直流電圧検出手段及び前記リアクタ断線検出手段の出力に基づき前記双方向スイッチを駆動する、スイッチ制御手段とを備えたことを特徴とする直流電源装置。
【請求項４】
スイッチ電流検出手段を用いずに双方向スイッチもしくはスイッチの両端電圧を検出するよう構成されたことを特徴とする請求項１〜３のいずれか１項に記載の直流電源装置。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、ブリッジ整流回路を利用した整流方式を用い、装置、システム等に高力率、低ひずみで電力を供給する直流電源装置に関するものである。
【背景技術】
【０００２】
従来、数ｋＷ出力程度までの直流電源装置においては、１個ないしは２個の半導体スイッチを用いて、その半導体スイッチを交流電源の半周期に１度ないしは数度動作させることで交流電源の高調波電流を低減するとともに力率を改善し、交流を目標の直流電圧に変換する方式が取られてきた。
【０００３】
例えば従来の直流電源装置としては、ブリッジ整流回路と、リアクタと、半導体スイッチと、逆流防止ダイオードの組み合わせから構成されたもの（例えば特許文献１参照）がある。
【０００４】
以下、図面を参照しながら従来の直流電源装置について図７と図８を用いて説明する。
【０００５】
図７は特許文献１の実施例１１に記載されている従来の直流電源装置の回路図を示している。
【０００６】
交流電源１は単相の商用交流電源であり、ブリッジ整流回路７は４個のダイオード３から６で構成されている。
【０００７】
リアクタ２はブリッジ整流回路７の正極出力端子とスイッチ１７および逆流防止用ダイオード１６のアノード端子に接続され、平滑コンデンサ８は逆流防止用ダイオード１６のカソード端子に接続されて直流電圧を平滑し、負荷９に脈動の小さな直流電圧を供給する。
【０００８】
そして、スイッチ制御回路１９はスイッチ１７の可変オンタイミング発生回路２０と、オフタイミング発生回路２１と、スイッチ駆動回路２２および平滑コンデンサ８の電圧を検出する負荷状態検出手段２３とから構成されている。
【０００９】
次に、このように構成された直流電源装置についてその動作を説明する。可変オンタイミング発生回路２０は交流電源１の電源電圧と同期し、かつ、負荷状態検出手段２３によって検出された負荷状態、つまり直流電圧に応じてスイッチ１７を駆動するための信号をスイッチ駆動回路２２を介して送出する。
【００１０】
そして、スイッチ１７が閉じると交流電源１にはリアクタ２と、ブリッジ整流回路７を介して短絡電流が流れ始め、次第に増加する。
【００１１】
次いで、電源電圧に同期してオフタイミング発生回路２１からスイッチ１７を停止するための信号がスイッチ駆動回路２２を介して送出されるとスイッチ１７は開放され、それまでリアクタ２を流れていた短絡電流は逆流防止用ダイオード１６を介して平滑コンデンサ８の充電電流となって減少し始める。
【００１２】
その後、交流電源１の電源電圧がピーク電圧付近になると交流電源１からブリッジ整流回路７、リアクタ２、逆流防止ダイオード１６を通して平滑コンデンサ７に充電電流が流れることとなる。
【００１３】
このときの交流電源１の電源電圧Ｖｉと、交流電源１の低負荷時入力電流Ｉ１および高負荷時入力電流Ｉ２を図８に示す。
【００１４】
同図においてわかるように、低負荷時は高負荷時に比べて可変オンタイミング発生回路２０からのオンタイミングの信号が遅れるように制御している。
【００１５】
そして、このように制御することによって直流電圧は所定の値を維持できるとともに交流電源１からの入力電流は通流角度が広がり、高調波電流低減と力率改善が実現されている。
【特許文献１】特開平７−７９４６号公報
【発明の開示】
【発明が解決しようとする課題】
【００１６】
しかしながら、前記のような従来の直流電源装置では、高調波低減用のリアクタを複数個並列で使用している直流電源装置において、一つでもリアクタが断線して直流電圧が低下しても直流電圧検出回路によって検出された出力に応じてスイッチを駆動するため、低負荷状態を維持しリアクタが断線状態で動作を持続する。
【００１７】
そのため、直流電圧が低下してもそれがリアクタの断線によるものかどうか検出することができないという課題を有していた。
【００１８】
本発明の直流電源装置は、前記のような従来の課題を解決するものであり、複数個並列接続されたリアクタが一つでも断線した場合にその断線を検出できる直流電源装置を提供することを目的とする。
【課題を解決するための手段】
【００１９】
上記課題を解決するために本発明の直流電源装置は、スイッチに直列に挿入されたスイッチ電流検出手段によって検出された電流値に基づきリアクタ断線検出手段によって断線かどうか検出し、スイッチ制御手段によってスイッチを駆動する構成を備えたものである。
【００２０】
前記のような直流電源装置によれば、スイッチに流れる電流を検出することによって、複数個並列接続されたリアクタが一つでも断線した場合にその断線を検出することが可能である。
【発明の効果】
【００２１】
本発明の直流電源装置は、スイッチに流れる電流を検出することによって、複数個並列接続されたリアクタが一つでも断線した場合にその断線を検出することができる。
【発明を実施するための最良の形態】
【００２２】
請求項１に記載の発明は、交流電源と、前記交流電源からの交流を全波整流する４個のダイオードで形成されたブリッジ整流回路と、前記ブリッジ整流回路の出力を平滑する平滑コンデンサと、前記交流電源と前記ブリッジ整流回路の交流入力端子との間に接続された複数個並列接続されたリアクタと、前記ブリッジ整流回路の交流入力端子間に接続された双方向スイッチと、前記交流電源の電圧のゼロ点を検出するゼロクロス検出手段と、前記平滑コンデンサの両端の直流電圧を検出する直流電圧検出手段と、前記双方向スイッチに流れる電流を検出するスイッチ電流検出手段と、前記スイッチ電流検出手段の出力に基づき前記リアクタの断線を検出するリアクタ断線検出手段と、前記ゼロクロス検出手段の出力と前記直流電圧検出手段及び前記リアクタ断線検出手段の出力に基づき前記双方向ス
イッチを駆動するスイッチ制御手段とを備えたことにより、前記双方向スイッチに流れる電流を検出することによって、複数個並列接続されたリアクタが一つでも断線した場合にその断線を検出することができる。
【００２３】
請求項２に記載の発明は、交流電源と、前記交流電源からの交流を全波整流する４個のダイオードで形成されたブリッジ整流回路と、前記ブリッジ整流回路の正極出力端子と逆流防止用ダイオードのアノード端子との間に接続された複数個並列接続されたリアクタと、前記ブリッジ整流回路の直流出力端子間に接続されたスイッチと、逆流防止用ダイオードのカソード側に接続された平滑コンデンサと、前記交流電源の電圧のゼロ点を検出するゼロクロス検出手段と、前記平滑コンデンサの両端の直流電圧を検出する直流電圧検出手段と、前記スイッチに流れる電流を検出するスイッチ電流検出手段と、前記スイッチ電流検出手段の出力に基づき前記リアクタの断線を検出するリアクタ断線検出手段と、前記ゼロクロス検出手段の出力と前記直流電圧検出手段及び前記リアクタ断線検出手段の出力に基づき前記スイッチを駆動するスイッチ制御手段とを備えたことにより、前記スイッチに流れる電流を検出することによって、複数個並列接続されたリアクタが一つでも断線した場合にその断線を検出することができる。
【００２４】
請求項３に記載の発明は、交流電源と、前記交流電源からの交流を全波整流する４個のダイオードで形成されたブリッジ整流回路と、前記ブリッジ整流回路の出力を平滑する平滑コンデンサと、前記交流電源と前記ブリッジ整流回路の交流入力端子との間に接続された複数個並列接続されたリアクタと、前記ブリッジ整流回路の交流入力端子と直流出力端子との間に双方向スイッチを介して接続されたコンデンサと、前記交流電源の電圧のゼロ点を検出するゼロクロス検出手段と、前記平滑コンデンサの両端の直流電圧を検出する直流電圧検出手段と、前記双方向スイッチに流れる電流を検出するスイッチ電流検出手段と、前記スイッチ電流検出手段の出力に基づき前記リアクタの断線を検出するリアクタ断線検出手段と、前記ゼロクロス検出手段の出力と前記直流電圧検出手段及び前記リアクタ断線検出手段の出力に基づき前記双方向スイッチを駆動するスイッチ制御手段とを備えたことにより、前記双方向スイッチに流れる電流を検出することによって、複数個並列接続されたリアクタが一つでも断線した場合にその断線を検出することができる。
【００２５】
請求項４に記載の発明は、双方向スイッチもしくはスイッチの両端電圧を検出するよう構成することにより、前記双方向スイッチもしくは前記スイッチのオン電圧のレベルを検出することで、スイッチ電流検出手段を用いずにリアクタの断線を検出することができる。
【００２６】
以下、本発明の実施の形態について、図面を参照しながら説明する。
【００２７】
なお、この実施の形態によって本発明が限定されるものではない。
【００２８】
（実施の形態１）
図１は、本発明の第１の実施の形態における直流電源装置のブロック図である。
【００２９】
図１において、交流電源１がブリッジ整流回路７で整流されたのち平滑コンデンサ８で直流に平滑され、負荷９に直流電圧を供給する構成は従来と同様である。
【００３０】
リアクタ２はより小型化かつ低コスト化を図るために同値のリアクタを２並列で構成され、かつ交流電源１とブリッジ整流回路７の交流入力端子との間に接続され、双方向スイッチ１０はブリッジ整流回路の交流入力端子間に接続される。
【００３１】
ゼロクロス検出手段１１は交流電源１のゼロ電圧点を検出するものであり、直流電圧検
出手段１２は平滑コンデンサ８の両端の直流電圧を検出するためのものである。
【００３２】
そして、スイッチ電流検出手段１３は双方向スイッチ１０に流れる電流を検出するためのものであり、リアクタ断線検出手段１４はスイッチ電流検出手段１３の出力から断線かどうか決定するためのものであり、スイッチ制御手段１５は双方向スイッチ１０を駆動するための信号を生成して双方向スイッチ１０を駆動する。
【００３３】
以上の構成において、以下その動作、作用を説明する。
【００３４】
交流電源１から入力された電圧により、この交流電源１のゼロ電圧点がゼロクロス検出手段１１で検出されてそのゼロクロスタイミング信号がスイッチ制御手段１５に送出され、また、平滑コンデンサ８の両端の直流電圧は直流電圧検出手段１２で検出され、その検出値もスイッチ制御手段１５に送出される。
【００３５】
スイッチ制御手段１５では、直流電圧の検出値からゼロクロスタイミング信号からの双方向スイッチ１０の駆動遅延時間とその駆動時間を計算し、スイッチ制御手段１５によって電圧ゼロ点から駆動遅延時間だけ遅れて駆動された双方向スイッチ１０は、交流電源１をリアクタ２を介して短絡することとなり、その電流は時間とともに増加する。
【００３６】
次いで、駆動時間経過後に双方向スイッチ１０が停止すると、それまでリアクタ２に流れていた短絡電流は交流電源１からブリッジ整流回路７を介して平滑コンデンサ８の充電電流となって減少し始める。
【００３７】
その後、交流電源１からの入力電圧がピーク電圧付近になると交流電源１からリアクタ２、ブリッジ整流回路７を通して平滑コンデンサ８に充電電流が流れることとなる。
【００３８】
このため、直流電源装置の入力電流の通流角度が広がり高調波電流の低減力率改善が可能となる。
【００３９】
図２は、リアクタ断線検出手段１４のブロック図である。
【００４０】
リアクタ断線検出手段１４では、スイッチ電流検出手段１３によって検出された双方向スイッチ１０に流れる電流の平均値を送出し、その検出値とパルス幅における平均値レベルとを比較して、検出値が低ければ異常信号をスイッチ制御手段１５に送出する。
【００４１】
リアクタ断線検出手段でこのような演算を行うことによって、双方向スイッチ１０に流れる電流の低下を検知することで、２並列構成のリアクタ２のどちらか一方のリアクタの断線を検出することができる。
【００４２】
（実施の形態２）
図３は、本発明の第２の実施の形態における直流電源装置のブロック図である。
【００４３】
図３において、交流電源１がブリッジ整流回路７で整流されたのち平滑コンデンサ８で直流に平滑され、負荷９に直流電圧を供給する構成は従来と同様である。
【００４４】
リアクタ２はより小型化かつ低コスト化を図るために同値のリアクタを２並列で構成され、かつブリッジ整流回路７の正極出力端子とスイッチ１７および逆流防止用ダイオード端子に接続される。
【００４５】
そして、ゼロクロス検出手段１１は交流電源１のゼロ電圧点を検出するものであり、直
流電圧検出手段１２は平滑コンデンサ８の両端の直流電圧を検出するためのものである。
【００４６】
そして、スイッチ電流検出手段１３はスイッチ１７に流れる電流を検出するためのものであり、リアクタ断線検出手段１４はスイッチ電流検出手段１３の出力から断線かどうか検出するためのものであり、スイッチ制御手段１５はスイッチ１７を駆動するための信号を生成してスイッチ１７を駆動する。
【００４７】
以上の構成において、以下その動作、作用を説明する。
【００４８】
交流電源１から入力された電圧により、この交流電源のゼロ電圧点がゼロクロス検出手段１１で検出されてそのゼロクロスタイミング信号がスイッチ制御手段１５に送出され、また、平滑コンデンサ８の両端の直流電圧は直流電圧検出手段１２で検出され、その検出値もスイッチ制御手段１５に送出される。
【００４９】
スイッチ制御手段１５では、直流電圧の検出値からゼロクロスタイミング信号からのスイッチ１７の駆動遅延時間とその駆動時間を計算し、スイッチ制御手段１５によって電圧ゼロ点から駆動遅延時間だけ遅れて駆動されたスイッチ１７は、交流電源１をリアクタ２を介して短絡することとなり、その電流は時間とともに増加する。
【００５０】
次いで、駆動時間経過後にスイッチ１７が停止すると、それまでリアクタ２に流れていた短絡電流は交流電源１からブリッジ整流回路７を介して平滑コンデンサ８の充電電流となって減少し始める。
【００５１】
その後、交流電源１からの入力電圧がピーク電圧付近になると交流電源１からリアクタ２、ブリッジ整流回路７を通して平滑コンデンサ８に充電電流が流れることとなる。このため、直流電源装置の入力電流の通流角度が広がり高調波電流の低減力率改善が可能となる。
【００５２】
リアクタ断線検出手段１４については、実施の形態１と同様の演算を行うことにより、２並列構成のリアクタ２のどちらか一方のリアクタの断線を検出することができる。
【００５３】
（実施の形態３）
図４は、本発明の第３の実施の形態における直流電源装置のブロック図である。
【００５４】
図４において、交流電源１がブリッジ整流回路７で整流されたのち平滑コンデンサ８で直流に平滑され、負荷９に直流電圧を供給する構成は従来と同様である。
【００５５】
そして、リアクタ２はより小型化かつ低コスト化を図るために同値のリアクタを２並列で構成され、かつ交流電源１とブリッジ整流回路７の交流入力端子との間に接続され、双方向スイッチ１０はコンデンサ１８の一方の端子とブリッジ整流回路７の交流入力端子との間に接続される。
【００５６】
コンデンサ１８の他方の端子はブリッジ整流回路７の負極出力端子に接続される。そして、ゼロクロス検出手段１１は交流電源１のゼロ電圧点を検出するものであり、直流電圧検出手段１２は平滑コンデンサ８の両端の直流電圧を検出するためのものである。
【００５７】
そして、スイッチ電流検出手段１３は双方向スイッチ１０に流れる電流を検出するためのものであり、リアクタ断線検出手段１４はスイッチ電流検出手段１３の出力から断線かどうか検出するためのものであり、スイッチ制御手段１５は双方向スイッチ１０を駆動するための信号を生成して双方向スイッチ１０を駆動する。
【００５８】
以上の構成において、以下その動作、作用を説明する。
【００５９】
図５は前記従来の電源装置の各部動作波形である。同図を用いてその動作を説明する。
【００６０】
交流電圧の正の半周期において、そのゼロクロス点からΔｄだけ遅らせて双方向スイッチ１０がオンされると、交流電源１−リアクタ２−双方向スイッチ１０−コンデンサ１８−ダイオード６−交流電源１の経路で直列共振電流が流れ、コンデンサ１８の電荷が平滑コンデンサ８へ放電される。双方向スイッチ１０のオンからΔｔ後に双方向スイッチ１０をオフすると、リアクタ８に流れる電流はダイオード３、６を通って通常の全波整流動作として継続される。
【００６１】
次に交流電圧の負の半周期において、そのゼロクロス点からΔｄだけ遅らせて双方向スイッチ１０がオンされると、交流電源１−ダイオード５−平滑コンデンサ８−コンデンサ１８−双方向スイッチ１０−リアクタ２−交流電源１の経路で平滑コンデンサ８に充電電流が流れる。
【００６２】
さらにΔｔ後に双方向スイッチ１１をオフすると、リアクタ２に流れる電流はダイオード５、４を通って通常の全波整流動作として継続される。
【００６３】
以上の構成、動作において、リアクタ２のインダクタンス、コンデンサ１８の静電容量を適当に選定し、前記Δｄ、Δｔを負荷に応じて適当に設定することにより高調波を抑制しながら高力率を実現するともに、リアクタ２とコンデンサ１８の昇圧作用により直流出力電圧を制御することができるというものである。
【００６４】
リアクタ断線検出手段１４については、実施の形態１と同様の演算を行うことにより、２並列構成のリアクタ２のどちらか一方のリアクタの断線を検出することができる。
【００６５】
（実施の形態４）
図６は、本発明の第４の実施の形態における直流電源装置のブロック図である。
【００６６】
図６では、双方向スイッチ１０の両端電圧を検出するように構成されている。
【００６７】
双方向スイッチ１０のオン電圧を検知した検出値に基づいてリアクタ断線検出手段１４でパルス幅における電圧レベルと比較する演算をすることでオン電圧低下を検出し、２並列構成のリアクタ２のどちらか一方のリアクタの断線を検出することができる。
【００６８】
双方向スイッチ１０の両端電圧の検出値に基づいてリアクタ断線検出手段１４で演算することで、新たにリアクタ電流検出手段を挿入しなくても２並列構成のリアクタ２の断線を検出することができる。
【産業上の利用可能性】
【００６９】
以上のように、本発明にかかる直流電源装置は、高調波低減用のリアクタを複数個並列で使用している直流電源装置において、一つでもリアクタが断線している場合にその断線を検出することが可能となるので、活用インバータの入力回路やエアコンまたは冷蔵庫などのコンプレッサーを用いた家電機器の入力段回路の用途に適用できる。
【図面の簡単な説明】
【００７０】
【図１】本発明の実施の形態１における直流電源装置のブロック図
【図２】本発明の実施の形態１における直流電源装置のリアクタ断線検出手段のブロック図
【図３】本発明の実施の形態２における直流電源装置のブロック図
【図４】本発明の実施の形態３における直流電源装置のブロック図
【図５】本発明の実施の形態３における直流電源装置の各部動作波形を示す図
【図６】本発明の実施の形態４における直流電源装置のブロック図
【図７】従来の直流電源装置の一例に係るブロック図
【図８】従来の直流電源装置の一例に係る各部動作波形を示す図
【符号の説明】
【００７１】
１  交流電源
２  リアクタ
３〜６  ダイオード
７  ブリッジ整流回路
８  平滑コンデンサ
９  負荷
１０  双方向スイッチ
１１  ゼロクロス検出手段
１２  直流電圧検出手段
１３  スイッチ電流検出手段
１４  リアクタ断線検出手段
１５  スイッチ制御手段
１６  逆流防止ダイオード
１７  スイッチ
１８  コンデンサ
１９  スイッチ制御回路
２０  可変オンタイミング発生回路
２１  オフタイミング発生回路
２２  スイッチ駆動回路
２３  負荷状態検出手段
【図１】
2006149047.tif 000003
【図２】
2006149047.tif 000004
【図３】
2006149047.tif 000005
【図４】
2006149047.tif 000006
【図５】
2006149047.tif 000007
【図６】
2006149047.tif 000008
【図７】
2006149047.tif 000009
【図８】
2006149047.tif 000010