(57)【要約】【課題】電源電圧を倍電圧整流して高直流電圧を出力する電源において、簡易な構成で高調波規制をクリアする電源装置を低コストで実現する。【解決手段】整流回路２のそれぞれの入力端と倍電圧整流用のコンデンサ４、５の接続点との間にスイッチＳＷ１、ＳＷ２を設け、電源投入時、所定時間スイッチＳＷ１、ＳＷ２をオフに制御することで、低耐電圧の倍電圧整流用コンデンサで構成し、コストの低減を実現する。【選択図】　図１
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【特許請求の範囲】
【請求項１】
２つの入力端と２つの出力端とを有し、リアクトルを介して交流電源に接続されて交流電源電圧を直流電圧に変換する整流回路と、互いに直列に接続される複数の倍電圧整流用コンデンサからなり、前記整流回路の２つの出力端間に接続されたコンデンサ回路と、前記整流回路の一方の入力端と、前記コンデンサ回路内のコンデンサ間の一つの接続点との間に接続された第１のスイッチ手段と、整流回路の他方の入力端と、前記コンデンサ回路内のコンデンサ間の前記接続点との間に接続された第２のスイッチ手段と、前記第１及び第２のスイッチ手段の開閉を制御する制御手段を備え、電源投入後一定時間、前記第１及び第２のスイッチ手段のオンを禁止するスイッチオン禁止手段を備え、前記コンデンサの耐電圧を通常の倍電圧整流用コンデンサに必要とする耐電圧以下としたことを特徴とする電源装置。
【発明の詳細な説明】
【０００１】
【発明の属する技術分野】
本発明は、一定の交流電源から所望の電圧の直流に変換する電源装置に関する。
【０００２】
【従来の技術】
空調装置等の電気機器に用いる電源装置においては高調波規制をクリアする必要があるが、この高調波規制をクリアする一つの手段として、下記のようなものがあった。
【０００３】
図４は、従来の電源装置の構成を示している。
【０００４】
図中、交流電源１はリアクトル３を介して２組のダイオードハーフブリッジからなる整流回路２の入力端（各ハーフブリッジの中点）に接続され、さらに直列に接続された倍電圧整流用のコンデンサ４およびコンデンサ５が、整流回路２の出力端に接続される。
【０００５】
スイッチＳＷ１１は整流回路２の入力端間に接続され、スイッチＳＷ１２は整流回路２の入力端の１つと、倍電圧整流用のコンデンサ４およびコンデンサ５間の接続点との間に接続されている。
【０００６】
この電源装置では、スイッチＳＷ１２のオン・オフにより、全波整流と倍電圧整流を切換え、またスイッチＳＷ１１のオン・オフによりパルス幅（ＰＷＭ）を制御し、力率改善及び昇圧機能を実現し、出力電圧の可変範囲を拡大している。
【０００７】
すなわち、負荷の要求する電圧値が小さいときにはスイッチＳＷ１２をオフすることにより全波整流モードで動作し、負荷の要求する電圧値が大きいときにはスイッチＳＷ１２をオンすることにより倍電圧整流モードで動作することにより、出力電圧の可変範囲を拡大している（例えば、特許文献１参照）。
【０００８】
【特許文献１】
特開２０００−１８８８６７号公報
【０００９】
【発明が解決しようとする課題】
しかしながら、図４に示す従来の電源装置には次のような問題がある。
【００１０】
すなわち、スイッチＳＷ１２がオンの状態で電源が投入された場合、もしくは電源投入後すぐにスイッチＳＷ１２をオンした場合、交流電源１−リアクトル３−整流回路２を構成するダイオード−倍電圧整流用コンデンサ４−スイッチＳＷ１２−交流電源１の経路（経路１）、および、交流電源１−スイッチＳＷ１２−倍電圧整流用コンデンサ５−整流回路２を構成するダイオード−リアクトル３−交流電源１の経路（経路２）で、それぞれ倍電圧整流用コンデンサ４、倍電圧整流用コンデンサ５の充電電流が流れる。
【００１１】
この充電電流によりリアクトル３に蓄積された電流エネルギーは、それぞれ、倍電圧整流用コンデンサ４および倍電圧整流用コンデンサ５に供給され各コンデンサ両端の電圧は上昇する。
【００１２】
図５は、電源投入時の、電源電圧、リアクトル３を流れる電流（入力電流）、コンデンサ４、コンデンサ５のそれぞれの端子間電圧、出力電圧（コンデンサ４、コンデンサ５の両端電圧）の波形を示した図で、交流電源を１００Ｖとする空調装置等の電気機器に用いる電源装置の電源電圧のばらつき＋１５％を考慮し、交流電源１の電圧を１１５Ｖとした場合の一例である。
【００１３】
同図に示すように、電源電圧が正の場合、上記（経路１）でリアクトル３へ流れる電流によりコンデンサ４の端子間電圧が上昇し、半サイクル後に電源電圧が負になった場合、（経路２）でリアクトル３へ流れる電流によりコンデンサ５の端子間電圧が上昇し、それぞれピーク電圧は２００Ｖを超え、その合成電圧になる出力電圧のピーク電圧は４００Ｖを超える。
【００１４】
以上のように、倍電圧整流用コンデンサの耐電圧は電源投入時に必要な耐電圧により決定され、通常動作時に必要とする以上の耐電圧が要求され、コストアップになるという課題があった。
【００１５】
本発明は上記課題を解決するもので、その目的とするところは、簡易な構成で高調波規制をクリアする電源装置を、安価に提供することにある。
【００１６】
【課題を解決するための手段】
上記課題を解決するために本発明に係る電源装置は、２つの入力端と２つの出力端とを有し、リアクトルを介して交流電源に接続されて交流電源電圧を直流電圧に変換する整流回路と、互いに直列に接続される複数の倍電圧整流用コンデンサからなり、前記整流回路の２つの出力端間に接続されたコンデンサ回路と、前記整流回路の一方の入力端と、前記コンデンサ回路内のコンデンサ間の一つの接続点との間に接続された第１のスイッチ手段と、整流回路の他方の入力端と、前記コンデンサ回路内のコンデンサ間の前記接続点との間に接続された第２のスイッチ手段と、前記第１及び第２のスイッチ手段の開閉を制御する制御手段を備え、電源投入後一定時間、前記第１及び第２のスイッチ手段のオンを禁止するスイッチオン禁止手段を備え、前記コンデンサの耐電圧を通常の倍電圧整流用コンデンサに必要とする耐電圧以下としたものである。
【００１７】
この構成をなすことにより、コンデンサへ印加される電圧を低減し、耐電圧の低いコンデンサで電源装置を構成できる。
【００１８】
【発明の実施の形態】
以下、本発明の実施の形態について図面を参照して説明する。
【００１９】
（実施の形態）
図１は本発明に係る電源装置の回路構成の概略を示した図である。
【００２０】
同図に示すように、交流電源１はリアクトル３を介して２組のダイオードハーフブリッジからなる整流回路２の入力端（各ハーフブリッジの中点）に接続され、さらに、直列に接続された倍電圧整流用のコンデンサ４およびコンデンサ５は、整流回路２の出力端に接続される。
【００２１】
スイッチＳＷ１、ＳＷ２は、整流回路２の各入力端とコンデンサ４およびコンデンサ５の間の接続点との間にそれぞれ接続される。
【００２２】
６はスイッチＳＷ１のパルス幅の制御及び、スイッチＳＷ２のオン・オフを制御する制御装置、７は電源投入後一定時間、スイッチＳＷ１およびＳＷ２のオンを禁止する様に制御信号を制御装置６へ出力するスイッチオン禁止手段である。
【００２３】
電源装置は交流電源１からの電圧を整流して負荷８の要求する大きさの直流電圧を出力する。
【００２４】
負荷８には、空調装置のコンプレッサやＤＣモータを駆動するためのインバータ等が含まれる。
【００２５】
以上のように構成される電源装置は、制御装置６によりスイッチＳＷ１、ＳＷ２のオン・オフを制御することで、出力電圧を制御できる。
【００２６】
例えば、スイッチＳＷ２を常時オフに制御した状態で、スイッチＳＷ１をパルス幅制御した場合、スイッチＳＷ１のデューティが０％の場合は電源電圧の√２倍、デューティが１００％の場合は倍電圧整流回路と等価となり電源電圧の約２√２倍の出力電圧となり、スイッチＳＷ１をパルス幅制御することにより、電源電圧の√２倍から約２√２倍の範囲の出力電圧が得られる。
【００２７】
一方、スイッチＳＷ２を常時オンに制御した状態では、倍電圧整流回路ベースの回路構成となる。
【００２８】
この状態でスイッチＳＷ１をパルス幅制御した場合、スイッチＳＷ１がオン状態では交流電源１−リアクトル３−スイッチＳＷ１−スイッチＳＷ２の経路で短絡電流が流れ、リアクトル３に電流エネルギーが蓄積される。
【００２９】
スイッチＳＷ１がオフ状態になるとリアクトル３に蓄積された電流エネルギーが倍電圧整流用コンデンサ４、５へ供給され、出力電圧が上昇し、電源電圧の２√２倍以上の出力電圧を得ることができる。
【００３０】
図２は、スイッチＳＷ１をパルス幅制御、スイッチＳＷ２を常時オフに制御した場合の、電源電圧、入力電流、出力電圧、コンデンサ４、５の接続点の電圧の各々の波形を示した図であり、電源電圧の半周期毎に１回制御装置６からスイッチＳＷ１へオン信号を出力するよう制御した場合である。
【００３１】
図に示すように、スイッチＳＷ１の制御パルスによって、入力電流は、電源電圧がコンデンサ４、５の中点電圧以上になった時点から流れ始める。
【００３２】
つまり、期間Ａの間、余分に入力電流を導通させることが可能となり、このように電流導通期間を拡張できることから力率を改善できる。
【００３３】
さらに、入力電流の波形を電源電圧の波形に近づけることができるため高周波規制をクリアすることができる。
【００３４】
スイッチＳＷ２を常時オンに制御した場合も同様に、スイッチＳＷ１の制御パルスによって電流導通期間を拡張でき、入力電流の波形を電源電圧の波形に近づけることができるため力率の改善、高周波規制のクリアが可能となる。
【００３５】
次に、電源投入時の動作について説明する。
【００３６】
図１において、スイッチＳＷ１、スイッチＳＷ２は、制御装置６およびスイッチオン禁止手段７により、電源投入時より一定時間オンしないように制御される。
【００３７】
電源が投入されると、交流電源１−リアクトル３−整流回路２を構成するダイオード−倍電圧整流用コンデンサ４−倍電圧整流用コンデンサ５−整流回路２を構成する別のダイオード−交流電源１の経路で直列に接続されたコンデンサ４、コンデンサ５の充電電流が流れる。
【００３８】
充電電流によりリアクトル３に蓄積された電流エネルギーは、コンデンサ４、コンデンサ５の直列回路に供給され、その両端の電圧である出力電圧は上昇する。
【００３９】
図３は、電源投入時の、電源電圧、リアクトル３を流れる電流（入力電流）、コンデンサ４、コンデンサ５のそれぞれの端子間電圧、出力電圧（コンデンサ４、コンデンサ５の両端電圧）の波形を示した図で、交流電源１の電圧を１１５Ｖの場合の一例である。
【００４０】
同図に示すように、電源投入直後、リアクトル３へ流れる電流により出力電圧が上昇し、そのピーク電圧は約２６０Ｖになっている。
【００４１】
この時の、コンデンサ４、コンデンサ５のそれぞれの端子間電圧は出力電圧のおよそ１／２となり、そのピーク電圧は約１３０Ｖである。
【００４２】
従って、コンデンサ４、コンデンサ５の耐電圧は１３０Ｖ以上あれば良いことになるが、従来例で説明したように、スイッチＳＷ２を常時オンに制御した倍電圧整流モードでスイッチＳＷ１をパルス幅制御し、出力電圧を昇圧した場合の各コンデンサの耐電圧が１８０Ｖ程度必要になることから、コンデンサの耐電圧は約１８０Ｖとなる。
【００４３】
これに対して、電源投入後、一定時間のみスイッチＳＷ１、スイッチＳＷ２を駆動せず、しかる後にスイッチＳＷ１、スイッチＳＷ２をオンすると、コンデンサ４、コンデンサ５は充電されているため充電電流は流れず、出力電圧が昇圧されることはない。
【００４４】
以上のように、電源投入時、制御装置６、スイッチオン禁止手段７によりスイッチＳＷ１、スイッチＳＷ２を一定時間オフに制御する構成とすることにより、電源投入時にコンデンサに印加される電圧を低減でき、従来例では約２００Ｖ以上の耐電圧が必要であったものが１８０Ｖの耐電圧とすることができる。
【００４５】
【発明の効果】
本発明の電源装置によれば、力率改善及び昇圧機能を実現し、広範囲な出力電圧を有したまま、倍電圧整流用コンデンサを、その耐電圧を通常の倍電圧整流用コンデンサが必要とする耐電圧以下のもので構成することができ、コストの低減が可能となる。
【図面の簡単な説明】
【図１】本発明の電源装置の回路構成図
【図２】本発明の電源装置の通常運転時のスイッチ動作と各種波形（電源電圧、出力電圧、入力電流等の波形）図
【図３】本発明の電源装置の電源投入時のスイッチ動作と各種波形（電源電圧、出力電圧、入力電流等の波形）図
【図４】従来の電源装置の回路構成図
【図５】従来の電源装置の電源投入時の各種波形（電源電圧、出力電圧、入力電流等の波形）図
【符号の説明】
１　交流電源
２　整流回路
３　リアクトル
４、５　コンデンサ
６　制御装置
７　スイッチオン禁止手段
８　負荷
ＳＷ１、ＳＷ２　スイッチ
【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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