(57)【要約】【課題】電流尖頭値検出手段による検出電流と、オン時間検出手段によるオン時間から、演算手段により演算された値が、所定の値を上回る場合に、双方向スイッチを強制的にオフすることで、コンデンサの許容リプル電流オーバーを防止することを容易にすることができる電源装置を提供すること。【解決手段】電流尖頭値検出手段１５と、オン時間検出手段１６と、演算手段１７を備え、双方向スイッチ９を流れる電流尖頭値と、双方向スイッチ９のオン時間により演算を行い、演算結果が所定の値を上回る場合に双方向スイッチ９をオフすることで、コンデンサ１０の許容リプル電流を超えないようしたもので、コンデンサ１０やリアクタ８の容量変更においてもコンデンサ１０の許容リプル電流オーバーを防止することができる。【選択図】図１
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【特許請求の範囲】
【請求項１】
交流電源からの交流を全波整流するブリッジ整流回路と、前記整流回路の直流出力端に接続された平滑コンデンサおよびインバータ回路と、前記交流電源と前記ブリッジ整流回路の交流入力端との間に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と直流出力端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、前記ゼロクロス検出手段の出力に基づき前記双方向スイッチの駆動信号を生成する双方向スイッチ駆動信号生成手段と、前記双方向スイッチ駆動信号生成手段の信号に基づき前記双方向スイッチを駆動する双方向スイッチ駆動手段と、前記双方向スイッチを流れる電流の尖頭値を検出する電流尖頭値検出手段と、前記双方向スイッチをオフさせる双方向スイッチオフ手段と、前記双方向スイッチのオン時間を検出するオン時間検出手段と、前記オン時間検出手段による検出時間と前記電流検出手段による検出電流を入力とする演算手段を備え、前記演算手段による演算結果が所定の値を上回る場合に、前記双方向スイッチオフ手段により前記双方向スイッチをオフすることを特徴とする電源装置。
【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、システム等に電力を供給する電源装置に関するものである。
【背景技術】
【０００２】
従来の電源装置としては、ブリッジ整流回路にリアクタと双方向スイッチとコンデンサを組み合わせたものがある（例えば特許文献１参照）。
【０００３】
図２は、特許文献１に記載された従来の電源装置を示すものである。図２において、４つのダイオード２〜５はブリッジ整流回路６を形成している。ブリッジ整流回路６の正の直流出力端６cと、負の直流出力端６dとの間には、平滑コンデンサ７が接続されており、全波整流回路を構成している。また、交流電源１とブリッジ整流回路６の交流入力端６aとの間にはリアクタ８が、ブリッジ整流回路６のもう一方の交流入力端６bと直流出力端６dとの間には、双方向スイッチ９を介してコンデンサ１０が接続されている。
【０００４】
さらに、交流電源１の電圧のゼロクロス点を検出するゼロクロス検出手段１２からの信号に基づき、双方向スイッチ駆動信号生成手段１３により駆動信号が生成され、双方向スイッチ駆動手段１４により、前記双方向スイッチ９を駆動させる。
【０００５】
また、前記双方向スイッチ９を流れる電流経路上に過電流検出手段２１が設けられている。
【０００６】
以下、図４（ａ）〜（ｄ）を用いて、図２に示した電源装置の動作について説明する。図４（ａ）、（ｂ）は、交流入力電圧Ｖｉが正の半周期の間を示し、図４（ｃ）、（ｄ）は、負の半周期の間を示している。また、図３（ａ）、（ｂ）は図に示した電源装置についてＶｉを２００Ｖ、Ｌを１０ｍＨ、Ｃを３００μＦ、Ｃｏを１８００μＦとした場合の実施例の各波形を示したものである。
【０００７】
図３（ａ）は、交流入力電圧Ｖｉ、リアクタ８を流れる電流（交流入力電流）ＩＬ、直流出力電圧Ｖｏ、および双方向スイッチ９の駆動信号Ｖｇの各波形を、図３（ｂ）は、交流入力電圧Ｖｉ、コンデンサ１０を流れる電流Ｉｃ、およびコンデンサ１０の両端間の電圧Ｖｃの各波形を示している。
【０００８】
以上の構成において、交流入力電圧Ｖｉの正の交流半周期のゼロクロス直後では双方向スイッチ９はオフされており、直流出力電圧Ｖｏが交流入力電圧Ｖｉより高く、ダイオード２、５が逆バイアスされているため入力電流は流れない。なお、この時コンデンサ１０は前周期で充電された結果、図示の極性で電圧Ｖｃ１を有する。交流入力電圧Ｖｉの負から正へのゼロクロス点から時間Δｄ後に双方向スイッチ駆動信号生成手段１３は双方向スイッチ９のオン信号を生成し、双方向スイッチ駆動手段１４により双方向スイッチ９がオンされると、図４（ａ）の矢印に示すように電流が流れる。すなわち交流電源１から順に、リアクタ８、ダイオード２、平滑コンデンサ７、コンデンサ１０に電流が流れ、コンデンサ１０は放電してその電圧はＶｃ１より低下する。なお、この双方向スイッチ９のオン時点で交流入力電圧Ｖｉとコンデンサ１０の電圧Ｖｃ１の和が平滑コンデンサ７の電圧Ｖｏより大きくなるようにΔｄを選ぶものとする。そして、双方向スイッチ９のオン時点から時間Δｔ後に双方向スイッチ駆動信号生成手段１３は双方向スイッチ９のオフ信号を生成し、双方向スイッチ駆動手段１４により双方向スイッチ９がオフされると、コンデンサ１０はその時点の電圧Ｖｃ２を保持しながら、電流は図４（ｂ）に示すように交流電源１
からリアクタ８、ダイオード２、平滑コンデンサ７、ダイオード５の順に流れ、交流入力電圧Ｖｉの低下によりやがてゼロとなる。
【０００９】
交流入力電圧Ｖｉの負の交流半周期のゼロクロス直後では双方向スイッチ９はオフされており、直流出力電圧Ｖｏが交流入力電圧Ｖｉより高く、ダイオード３、４が逆バイアスされているため入力電流は流れない。交流入力電圧Ｖｉの正から負へのゼロクロス点からΔｄ後に双方向スイッチ駆動信号生成手段１３は双方向スイッチ９のオン信号を生成し、双方向スイッチ駆動手段１４により双方向スイッチ９がオンされると、図４（ｃ）の矢印に示すように電流が流れる。すなわち交流電源１から順に、コンデンサ１０、ダイオード３、リアクタ８と電流が流れ、コンデンサ１０は充電される。そして、双方向スイッチ９のオン時点からΔｔ後に双方向スイッチ駆動信号生成手段１３は双方向スイッチ９のオフ信号を生成し、双方向スイッチ駆動手段１４により双方向スイッチ９がオフされると、コンデンサ１０は電圧Ｖｃ１まで充電された状態でその電圧を保持し、電流は図４（ｄ）に示すように交流電源１から、ダイオード４、平滑コンデンサ７、ダイオード３、リアクタ８の順に流れ、交流入力電圧Ｖｉの低下によりやがてゼロとなる。
【００１０】
以上のように、双方向スイッチ９のオン時間Δｔを増加することによりリアクタ８への磁気エネルギー蓄積量およびコンデンサ１０への充電量を増加させ、直流出力電圧Ｖｏを増加することができる、いわゆる昇圧作用を有している。
【００１１】
ここで、過電流検出手段２１による過電流検出タイムチャートを図５に示す。
【００１２】
過電流検出手段２１は、双方向スイッチ９を流れる電流を検出し、双方向スイッチ９の最大定格Ｉｐｍａｘ以下になるように双方向スイッチ９のオフ信号を出力するものであり、双方向スイッチ９の過電流破壊を防止するものである。
【特許文献１】特開２００３−１１１４２３号公報
【発明の開示】
【発明が解決しようとする課題】
【００１３】
しかしながら従来の過電流検出は、双方向スイッチを流れる電流の最大値のみに着目したものであり、その実効値を検出するものではないため、コンデンサの許容リプル電流を制限する目的に使用することができない。双方向スイッチを流れる電流の実効値は、リアクタのインダクタンスとコンデンサの容量から決定される電流の傾きと、双方向スイッチが駆動している時間に依存するため、例えば昇圧能力を向上させるためにリアクタのインダクタンスを大幅に増加させた場合、同一の過電流設定値であっても傾きが小さくなるため、同一の最大電流値における電流の実効値も増加することになり、コンデンサの性能アップが要求されることになる。
【００１４】
本発明は、上記従来の課題を解決するもので、許容リプル電流を超える電流が長時間流れるのを防止することを目的とする。
【課題を解決するための手段】
【００１５】
前記従来の課題を解決するために、本発明の電源装置は、双方向スイッチを流れる電流の尖頭値を検出する電流尖頭値検出手段と、双方向スイッチのオン時間を検出するオン時間検出手段と、前記電流尖頭値検出手段の検出結果と前記オン時間検出手段の検出結果を入力とする演算手段を設け、前記演算手段による演算結果が所定の値を上回る場合に、双方向スイッチをオフさせる双方向スイッチオフ手段により強制的に双方向スイッチの駆動を停止させるようにしたものである。
【００１６】
本構成によって、双方向スイッチを流れる電流の実効値の検出が可能になるため、簡易
な構成でコンデンサのリプル電流の実効値を検出することが可能になり、許容リプル電流を超える電流が長時間流れるのを防止することができる。
【発明の効果】
【００１７】
本発明の電源装置は、簡易な構成で、許容リプル電流を超える電流が長時間流れるのを防止することができる。
【発明を実施するための最良の形態】
【００１８】
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。
【００１９】
（実施の形態１）
図１は、本発明における電源装置の構成の一実施例を示す。図１において、図２と同じ構成要素については同じ符号を用い、説明を省略する。
【００２０】
図１において、電流尖頭値検出手段１５は双方向スイッチ９を流れる電流の尖頭値を検出する。一方、オン時間検出手段１６は、双方向スイッチ１４がオンしている時間を検出し、電流尖頭値検出手段１５による検出結果とともに演算手段１７へ入力される。演算手段１７では電流尖頭値検出手段１５により検出された電流尖頭値と、オン時間検出手段１６により検出されたオン時間を用いて演算を行い、双方向スイッチ９を流れる電流の実効値を算出する。ここで算出された実効値が、コンデンサ１０の許容リプル電流を超える場合は、双方向スイッチオフ手段１８を介して双方向スイッチ９を強制的にオフする。
【００２１】
また、電流尖頭値検出手段１５による検出値が、双方向スイッチ９の最大定格Ｉｐｍａｘ以上になった場合には、オン時間検出手段１６により検出された時間に関わらず双方向スイッチ９をオフするようにすれば、双方向スイッチ９の過電流破壊防止の役割をもたせる事が可能になる。
【００２２】
これにより、コンデンサ１０の許容リプル電流を超えるような電流を流すことを防止することが可能になり、リアクタ８やコンデンサ１０の容量が変更された場合においても、コンデンサ１０の許容リプル設計が容易になる。
【００２３】
なお、本実施の形態では、演算手段１７により実効値を算出するようにしたが、演算手段１７の演算結果により、双方向スイッチ９を流れる電流がコンデンサ１０の許容リプル電流以下になるようにする構成であれば、同様の効果を得ることができる。
【産業上の利用可能性】
【００２４】
以上のように、本発明の電源装置はコンデンサのリプル電流を制限することができ、インバータエアコン等の大電力でリップル電流の大きい電源に適用することができる。
【図面の簡単な説明】
【００２５】
【図１】本発明の電源装置の構成図
【図２】従来の電源装置の構成図
【図３】従来の電源装置における波形図
【図４】従来の電源装置における動作概念の説明構成図
【図５】従来の電源装置における双方向スイッチの過電流動作概念図
【符号の説明】
【００２６】
１  交流電源
２、３、４、５  ダイオード
６  ブリッジ整流回路
６ａ、６ｂ  ブリッジ整流回路の交流入力端
６ｃ、６ｄ  ブリッジ整流回路の直流入力端
７  平滑コンデンサ
８  リアクタ
９  双方向スイッチ
１０  コンデンサ
１１  負荷
１２  ゼロクロス検出手段
１３  双方向スイッチ駆動信号生成手段
１４  双方向スイッチ駆動手段
１５  電流尖頭値検出手段
１６  オン時間検出手段
１７  演算手段
１８  双方向スイッチオフ手段
２１  過電流検出手段
【図１】
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【図２】
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【図３】
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【図４】
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【図５】
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