(57)【要約】　　　（修正有）【課題】交流入力電流を高力率に制御しながら交流を直流に変換する整流回路提供する。【解決手段】２個のダイオード２，３を直列接続したダイオード直列回路と、２個のコンデンサ４，５を直列接続したコンデンサ直列回路と、ダイオード８，９を逆並列接続したスイッチング素子６，７または逆導通機能を有するスイッチング素子にコンデンサ１０，１１を並列接続して構成したスイッチングアーム２個を直列接続したスイッチングアーム直列回路とを並列接続し、前記ダイオード直列回路の内部接続点に交流電源の一端を、前記コンデンサ直列回路の内部接続点に交流電源１の他端を各々接続すると共に、前記スイッチングアーム直列回路の内部接続点とコンデンサ直列回路の内部接続点との間にリアクトル１２を接続する回路構成としている。【選択図】　図１
2004129420.tif 000002
【特許請求の範囲】
【請求項１】
半導体スイッチング素子を用いて、交流入力力率を高力率に保ちながら、交流電源から直流を作り出す整流装置において、２個のダイオードを直列接続したダイオード直列回路と、２個のコンデンサを直列接続したコンデンサ直列回路と、ダイオードを逆並列接続したスイッチング素子または逆導通機能を有するスイッチング素子にコンデンサを並列接続して構成したスイッチングアーム２個を直列接続したスイッチングアーム直列回路とを並列接続し、前記ダイオード直列回路の内部接続点に交流電源の一端を、前記コンデンサ直列回路の内部接続点に交流電源の他端を各々接続すると共に、前記スイッチングアーム直列回路の内部接続点とコンデンサ直列回路の内部接続点との間にリアクトルを接続したことを特徴とする整流装置。
【発明の詳細な説明】
【０００１】
【発明の属する技術分野】
本発明はスイッチング素子のスイッチング動作によって交流入力電流を高力率に制御しながら交流電源から直流をつくり出す整流装置において、特にスイッチング素子のスイッチング損失を低減するソフトスイッチング回路の構成技術に関する。
【０００２】
【従来の技術】
図２に従来技術に基づく実施例を示す。図２に示す従来例は、昭和６３年電気学会全国大会論文　５０９「低損失高力率コンバータ回路」　（著者：谷津等、６００頁）に開示されている。
【０００３】
この回路はスイッチング素子６とダイオード８が逆並列接続された第１のスイッチングアームとスイッチング素子７とダイオード９が逆並列接続された第２のスイッチングアームとを直列接続したスイッチングアーム直列回路と、２個のダイオード２，３を直列接続したダイオード直列回路と、コンデンサ１３とを並列接続し、ダイオード直列回路の内部接続点と交流電源１の一方の端子との間にリアクトル１２を、スイッチングアーム直列回路の内部接続点に交流電源１の他方の端子を、各々接続して構成され、直流出力であるコンデンサ１３と並列に負荷１４が接続される。
【０００４】
スイッチング素子６，７のスイッチング動作により、交流入力電流を高力率に制御しながら交流電圧を直流電圧に変換する。例えば、交流電源電圧が正のときに６のスイッチング素子をオンさせると、交流電源１→リアクトル１２→ダイオード２→スイッチング素子６→交流電源１の経路で電流が増加し、リアクトル１２にエネルギーが蓄えられる。次に６のスイッチング素子をオフさせると、リアクトル１２→ダイオード２→コンデンサ１３→ダイオード９→交流電源１→リアクトル１２の経路に電流が転流し、リアクトル１２蓄えられていたエネルギーは負荷側に供給されるとともに電流は減少する。
【０００５】
このようにして、スイッチング素子６のオン・オフ信号を制御することにより入力電流を制御することができる。また、交流電源電圧が負のときにも同様に、スイッチング素子７のオン・オフにより入力電流を制御することができる。すなわち、入力電流はスイッチング素子６、７をオン・オフ制御することにより入力電流を高力率に制御しながら、交流電圧を直流電圧に変換することができる。
【０００６】
【発明が解決しようとする課題】
図２に示す従来技術においては、リアクトル１２を小型化するためにスイッチング周波数を高周波化するが、この回路方式では、スイッチング素子９、１０がスイッチング動作をする際、スイッチング時スイッチング素子が電圧を持ちながら電流を流すいわゆるハードスイッチングとなり、スイッチング損失が増加してしまう。スイッチング損失が増加することによって、効率が悪化し、冷却部品も大形化してしまうという課題がある。
【０００７】
さらに、ハードスイッチング動作となることで、スイッチング時の素子両端の電圧変化が急峻となり伝導ノイズや放射ノイズが多く発生し、他の機器に悪影響を与えるという課題もある。そこで、本発明ではスイッチング動作をソフトスイッチング化することで、高効率化、小形化、低ノイズ化を達成できる整流装置を提供することを目的とする。
【０００８】
【課題を解決するための手段】
上述の課題を解決するために、本発明では、２個のダイオードを直列接続したダイオード直列回路と、２個のコンデンサを直列接続したコンデンサ直列回路と、ダイオードを逆並列接続したスイッチング素子または逆導通機能を有するスイッチング素子にコンデンサを並列接続して構成したスイッチングアーム２個を直列接続したスイッチングアーム直列回路とを並列接続し、前記ダイオード直列回路の内部接続点に交流電源の一端を、前記コンデンサ直列回路の内部接続点に交流電源の他端を各々接続すると共に、前記スイッチングアーム直列回路の内部接続点とコンデンサ直列回路の内部接続点との間にリアクトルを接続する回路構成としている。
【０００９】
【発明の実施の形態】
図１に請求項に基づく実施例を示す。ダイオード２と３を直列接続したダイオード直列回路と、コンデンサ４と５を直列接続したコンデンサ直列回路と、ダイオード８を逆並列接続したスイッチング素子６に並列にコンデンサ１０を接続して構成したスイッチングアームとダイオード９を逆並列接続したスイッチング素子７に並列にコンデンサ１１を接続して構成したスイッチングアームとを直列接続したスイッチングアーム直列回路と、コンデンサ１３と、負荷１４とが、各々並列接続され、さらにダイオード直列回路の内部接続点とコンデンサ直列回路の内部接続点との間には交流電源１が、コンデンサ直列回路の内部接続点とスイッチングアーム直列回路の内部接続点との間にはリアクトル１２が、各々接続された構成である。
【００１０】
このような構成における動作を以下に説明する。ここで例えば、交流電源電圧が正の時には交流電源１→ダイオード２→コンデンサ４→交流電源１の経路でコンデンサ４は電源電圧でクランプされている。ここでスイッチング素子６がオンすると、コンデンサ４（および交流電源１→ダイオード２）→スイッチング素子６→リアクトル１２→コンデンサ４（および交流電源１）の経路で電流が流れ、リアクトル１２にはエネルギーが蓄えられるとともに入力電流が増加する。
【００１１】
この状態でスイッチング素子６をオフさせると、電流はリアクトル１２→コンデンサ５（およびコンデンサ４→コンデンサ１０）→コンデンサ１１→リアクトル１２の経路に転流し、コンデンサ１１の電圧が減少するとともにコンデンサ１０の電圧が上昇し、同時にコンデンサ５の電圧が上昇するにつれてリアクトル１２のエネルギーは負荷側に供給される。
【００１２】
コンデンサ１１の電圧が減少し、この電圧がダイオード９の順方向堰層電圧に達するとダイオード９はオンする。この時コンデンサ１１の電圧が減少するにつれてコンデンサ１０の電圧は徐々に上昇するので、スイッチング素子６はソフトスイッチング動作となりターンオフ時の損失が低減される。
【００１３】
次に、ダイオード９がオンしている時にスイッチング素子７をオンさせると、スイッチング素子７は零電圧スイッチングとなり、ターンオン時のソフトスイッチングが成立する。スイッチング素子７をオンさせると、リアクトル１２とコンデンサ５（およびコンデンサ１３とコンデンサ４の直列回路）との共振現象により、電流が逆転し、コンデンサ５（およびコンデンサ１３→コンデンサ４）→リアクトル１２→スイッチング素子７→コンデンサ５（およびコンデンサ１３）の経路で電流が流れる。
【００１４】
ここで、スイッチング素子７をオフさせると、リアクトル１２に流れている電流はリアクトル１２→コンデンサ１０（コンデンサ１１→コンデンサ５）→コンデンサ４→１２の経路に転流し、コンデンサ１０の電圧を減少させるとともにコンデンサ１１の電圧が徐々に上昇する。よって、スイッチング素子７はターンオフ時ソフトスイッチングとなり損失が低減される。コンデンサ１０の電圧がダイオード８の順方向堰層電圧に達すると、ダイオード８はオンする。よって、次にスイッチング素子６がオンする時には零電圧スイッチングが成立し、スイッチング素子６はソフトスイッチングとなる。
【００１５】
このように、ソフトスイッチング動作を成立させながらスイッチング素子６のオン・オフ動作で入力電流を制御することができ、交流電圧を直流電圧に変換できる。
【００１６】
交流電源電圧が負のときにも同様な動作となり、ソフトスイッチングを成立させながらスイッチング素子７のオン・オフ動作で入力電流を制御しながら、交流電圧を直流電圧に変換することができる。
【００１７】
ここで、コンデンサ１０と１１はスイッチング素子６と７の寄生容量でも代用できる。よって、本発明では入力電流を高力率に制御する整流回路において、ソフトスイッチングを成立させることができ、スイッチング素子の損失を減少させることができ、高効率化、小形化、低ノイズ化を達成できる。
【００１８】
【発明の効果】
本発明によれば、スイッチング動作によって交流入力電流を高力率に制御しながら交流電圧を直流電圧に変換する整流回路において、ソフトスイッチングを成立させることができ、スイッチング素子のスイッチング損失の低減による装置の高効率化、小形化および素子に印加される電圧上昇率を小さく抑えることによる低ノイズ化を達成することができる。
【図面の簡単な説明】
【図１】本発明の実施例を示す回路図と動作例である。
【図２】従来技術を示す回路図である。
【符号の説明】
１・・・交流電源　　　２，３，８，９・・・ダイオード
４，５，１０，１１，１３・・・コンデンサ　　　６，７スイッチング素子
１２・・・リアクトル　　　１４・・・負荷
【図１】
2004129420.tif 000003
【図２】
2004129420.tif 000004