(57)【要約】【課題】入力力率の改善が可能な直流電源装置において、重負荷時の直流電圧低下を防止する。【解決手段】交流電源の半周期毎に双方向スイッチ９をオン、オフする期間を制御することによって入力力率の改善と直流電圧制御を可能とする交流リアクタ１８と昇圧のためのコンデンサを有する直流電源装置において、交流リアクタ１８に２次巻線を設け、重負荷時に２次巻線を第２の双方向スイッチ１９でオン、オフ制御することで交流リアクタ１８のインダクタンスによる電圧降下が原因となる直流電圧低下を防止する。【選択図】図１
2005341746.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ブリッジ整流回路と、前記ブリッジ整流回路の直流出力を平滑する電解コンデンサと、前記交流電源と前記ブリッジ整流回路との間に１次巻線を接続した２次巻線付き交流リアクタと、前記ブリッジ整流回路の２つの交流入力端子のどちらかに一方の端子を接続するコンデンサと、前記コンデンサの他方の端子と前記ブリッジ整流回路の正出力端子または負出力端子との間に接続された第１の双方向スイッチと、前記２次巻線付き交流リアクタの２次巻線の両端に接続された第２の双方向スイッチと、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、前記電解コンデンサの電圧を検出する直流電圧検出手段と、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の出力に基づき直流電圧が所定の目標電圧に等しくなるように前記双方向スイッチと前記第２の双方向スイッチを駆動する駆動信号を出力するスイッチ駆動信号生成手段と、前記スイッチ駆動信号生成手段の出力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、前記スイッチ駆動信号生成手段の出力に基づき前記第２の双方向スイッチを駆動する第２の双方向スイッチ駆動手段とを備え、直流電圧を制御するとともに入力力率を改善する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直流出力を平滑する電解コンデンサと、前記交流電源と前記ブリッジ整流回路との間に１次巻線を接続した２次巻線付き交流リアクタと、前記ブリッジ整流回路の２つの交流入力端子のどちらかに一方の端子を接続するコンデンサと、前記コンデンサの他方の端子と前記ブリッジ整流回路の正出力端子または負出力端子との間に接続された第１の双方向スイッチと、前記２次巻線付き交流リアクタの２次巻線の両端に接続された第２の双方向スイッチと、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、前記電解コンデンサの電圧を検出する直流電圧検出手段と、負荷電力を検出する負荷電力検出手段と、前記負荷電力検出手段の出力に応じた所定の目標電圧を記憶する目標電圧記憶手段と、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の出力に基づき直流電圧が前記目標電圧記憶手段の出力に等しくなるように前記双方向スイッチと前記第２の双方向スイッチを駆動する駆動信号を出力するスイッチ駆動信号生成手段と、前記スイッチ駆動信号生成手段の出力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、前記スイッチ駆動信号生成手段の出力に基づき前記第２の双方向スイッチを駆動する第２の双方向スイッチ駆動手段とを備え、直流電圧を制御するとともに入力力率を改善することを特徴とする直流電源装置。
【請求項３】
２次巻線付き交流リアクタの１次巻線に直列に第２の交流リアクタを設け、第２の双方向スイッチが導通している期間にも交流電源とブリッジ整流回路の間に一定のインダクタンスを持たせることを特徴とする請求項１〜２のいずれかに記載の直流電源装置。
【請求項４】
２次巻線付き交流リアクタの１次巻線と２次巻線間の結合を低く設定することにより、２次巻線付き交流リアクタの漏れインダクタンスを用いて第２の双方向スイッチが導通している期間にも交流電源とブリッジ整流回路の間に一定のインダクタンスを持たせることを特徴とする請求項１〜２のいずれかに記載の直流電源装置。
【請求項５】
第２の双方向スイッチの代わりにリレーを用いたことを特徴とする請求項１〜４のいずれかに記載の直流電源装置。
【請求項６】
２次巻線付き交流リアクタの２次巻線の１線をブリッジ整流回路の負出力端子と接続したことを特徴とする請求項１〜４のいずれか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、交流を直流に変換する装置のうち、入力力率を改善する機能を有する直流電源装置に関するものである。
【背景技術】
【０００２】
近年、電子機器や家電製品においては省エネルギーの要求と商用交流電圧歪みの原因となる高調波電流を低減する必要から、入力力率を改善するための方策をとったものが数多く製品化されている。消費電力が数百ワット以下の機器については、機器の交流入力側に交流リアクタを挿入することのみで電流の通流角度を広げて入力力率の改善と高調波低減を図るものも多いが、数キロワット以上の電力を要する機器については、交流リアクタのみの対策では入力力率の改善と高調波低減の効果は小さく、インバータエアコンなどを例に取ると負荷が大きくなるに連れてインバータを駆動するための直流電圧が低下して必要能力を出力できなくなるという問題が生じる。その上、家庭用配電設備の電流容量との兼ね合いから入力力率によって最大能力が制限されることになるため、交流リアクタのみの対策に比較して入力力率を大幅に改善することのできる交流を直流に変換する直流電源装置（以下、単に直流電源装置とする。）を搭載したインバータエアコンが製品化されている。
【０００３】
従来の直流電源装置としては、ブリッジ整流回路の交流電源側に交流リアクタとコンデンサおよび双方向スイッチを各々１つずつ用いて構成し、インバータエアコンに適用したもの（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インバータエアコンに適用した場合の従来の直流電源装置について説明する。
【０００５】
図１２は特許文献１に記載されている従来の直流電源装置を用いたインバータエアコンの構成図である。交流電源１は直流電源装置に電力を供給する商用交流電源である。ダイオード２からダイオード５で構成されるブリッジ整流回路６は交流電源１の交流電圧を全波整流するためのものであり、電解コンデンサ７はブリッジ整流回路６の出力を平滑して直流電圧のリップル電圧を低減するためのコンデンサである。交流リアクタ８は交流電源１とブリッジ整流回路６の第１の交流入力端子６ａとの間に接続され、双方向スイッチ９はコンデンサ１０の一方の端子とブリッジ整流回路６の負極出力端子６ｄとの間に接続される。コンデンサ１０の他方の端子はブリッジ整流回路６の第２の交流入力端子６ｂに接続される。圧縮機駆動手段１１は圧縮機１２を駆動するものであり、圧縮機１２は冷媒の圧縮を行う。ゼロクロス検出手段１３は交流電源１のゼロ電圧点を検出するものであり、スイッチ駆動信号生成手段１４はゼロクロス検出手段１３と直流電圧検出手段１７の出力から双方向スイッチ駆動手段１５に双方向スイッチ９の駆動信号を出力し、双方向スイッチ駆動手段１５はこの駆動信号に基づいて交流電源１の半周期ごとに双方向スイッチ９を一定期間駆動する。
【０００６】
以上のように構成されたインバータエアコンについて、直流電源装置の動作を図７から図１１を用いて以下に説明する。ここで、図７と図８は交流電源１の交流電圧Ｖｉが正の半周期の間の動作を示し、図９と図１０は交流電圧Ｖｉが負の半周期の間の動作を示す。また、図１１は図１２に示した従来例について交流電源１の電圧を２００Ｖ、交流リアクタ８のインダクタンスを１０ｍＨ、コンデンサ１０の容量を３００μＦ、電解コンデンサ７の容量を１８００μＦとした場合の交流電圧Ｖｉ、交流リアクタ８を流れるリアクタ電流ＩＬ、双方向性スイッチ駆動手段１５の駆動出力Ｖｇおよび電解コンデンサ７両端の直
流電圧Ｖｄｃの各波形の一例を示したものである。
【０００７】
以上の構成において、交流電圧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への駆動出力Ｖｇは出力されず、直流電圧Ｖｄｃが交流電圧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リアクトル電流ＩＬ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７で図示する極性で電圧Ｖｃ１を有する。図７では交流電圧Ｖｉの負から正へのゼロクロス点から時間Δｄ後に駆動出力Ｖｇが出力され、双方向スイッチ９が導通している状態を示し、矢印に示すようにリアクタ電流ＩＬが流れる。すなわち交流電源１から順に、交流リアクタ８、ダイオード２、電解コンデンサ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の導通開始時点で交流電圧Ｖｉとコンデンサ１０の電圧Ｖｃ１の和が直流電圧Ｖｄｃ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の導通開始時点から時間Δｔ後に駆動出力Ｖｇを停止し、双方向スイッチ９が開放されると、コンデンサ１０はその時点の電圧Ｖｃ２を保持しながら、リアクタ電流ＩＬは図８に示すように交流電源１から交流リアクタ８、ダイオード２、電解コンデンサ７、ダイオード５の順に流れ、交流電圧Ｖｉの低下によりやがてゼロとなる。
【０００８】
交流電圧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は開放されており、直流電圧Ｖｄｃが入力電圧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リアクタ電流ＩＬは流れない。図９は交流電圧Ｖｉの正から負へのゼロクロス点からΔｄ後に駆動出力Ｖｇが出力され、双方向スイッチ９が導通している状態を示し、矢印に示すようにリアクタ電流ＩＬ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、交流リアクタ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の導通開始時点からΔｔ後に駆動出力Ｖｇを停止すると、双方向スイッチ９が開放され、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１０に示すように交流電源１から、ダイオード４、電解コンデンサ７、ダイオード３、交流リアクタ８の順に流れ、交流電圧Ｖｉの低下によりやがてゼロとなる。
【０００９】
以上のようにコンデンサ１０を充放電させることにより、入力電圧Ｖｉのゼロクロスに近いところから入力電流を流せることとなるため、高力率化が図れる。
【００１０】
また、Δｔを増加することにより交流リアクタ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、直流電圧Ｖｄｃを入力電圧Ｖｉのピーク電圧値よりも昇圧することができるため、直流電圧Ｖｄｃを可変制御することも可能となる。さらに、リアクタ電流ＩＬは交流リアクタ８と、コンデンサ１０または電解コンデンサ７との直列共振電流となるため、昇圧回路で一般的に用いられる交流リアクタの短絡回路に比較して電流の急変が抑制でき、交流リアクタ８のうなり音を抑制できることとなる。さらに、リアクタ電流ＩＬは交流リアクタ８とコンデンサ１０または電解コンデンサ７との直列共振電流となり、高周波のリンギング成分を含まないため、あらかじめ定められた直流電圧の目標値と実際の直流電圧Ｖｄｃとの偏差に応じて、Δｄ、Δｔを適切に選ぶことにより、高調波電流を効果的に抑制しつつ直流電圧を制御することができる。
【特許文献１】特開２００３−１０６６１６号公報
【発明の開示】
【発明が解決しようとする課題】
【００１１】
しかしながら、上記従来の直流電源装置では、直流電圧を制御可能な負荷電力の最大値は双方向性スイッチ９の導通遅延時間△ｄをゼロとして、導通時間△ｔをコンデンサ１０の充電電圧が直流電圧Ｖｄｃと等しくなるまで広げた場合に定まり、それ以上の負荷電力を要求されたときには、導通時間△ｔを広げてもコンデンサ１０に蓄えることのできるエネルギーを増やすことはできず、交流リアクタのインダクタンスによる電圧降下が原因と
なり直流電圧が低下することとなっていた。
【００１２】
また、直流電源装置の負荷がインバーターなどの定電力を要求する負荷などでは、従来の構成では直流電圧を制御可能な負荷電力の最大値以上の電力を必要とする重負荷状態となった場合には直流電圧は急速に低下し、負荷であるインバータが停止する恐れがあった。また、重負荷時には交流リアクトル電流の交流電源電圧に対する位相遅れが拡大し、入力力率低下によって入力電流の制限手段を持たない場合は配電盤のブレーカーがトリップする恐れもあった。一方、これらの現象を防止するために交流リアクタのインダクタンス値を低く設定する対策が考えられるが、通常運転における入力力率改善と高調波電流低減の効果が低くなるという欠点があり、これに対してコンデンサの大容量化による対策ではコストアップにつながる上、軽負荷時の高調波電流低減効果が低くなるという欠点があった。
【００１３】
本発明の直流電源装置は、直流電源装置が重負荷時に目標電圧を維持できずに直流電圧の低下が発生した場合に、２次巻線付き交流リアクタとコンデンサによる力率改善効果を維持しつつ直流電圧の低下を防止することができ、また、直流電圧の急変による負荷への悪影響を低減することを目的とする。
【課題を解決するための手段】
【００１４】
前記従来の課題を解決するために、本発明の直流電源装置は、交流電源と、前記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、前記ブリッジ整流回路の直流出力を平滑する電解コンデンサと、前記交流電源と前記ブリッジ整流回路との間に１次巻線を接続した２次巻線付き交流リアクタと、前記ブリッジ整流回路の２つの交流入力端子のどちらかに一方の端子を接続するコンデンサと、前記コンデンサの他方の端子と前記ブリッジ整流回路の正出力端子または負出力端子との間に接続された第１の双方向スイッチと、前記２次巻線付き交流リアクタの２次巻線の両端に接続された第２の双方向スイッチと、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、前記電解コンデンサの電圧を検出する直流電圧検出手段と、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の出力に基づき直流電圧が所定の目標電圧に等しくなるように前記双方向スイッチと前記第２の双方向スイッチを駆動する駆動信号を出力するスイッチ駆動信号生成手段と、前記スイッチ駆動信号生成手段の出力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、前記スイッチ駆動信号生成手段の出力に基づき前記第２の双方向スイッチを駆動する第２の双方向スイッチ駆動手段とを備え、直流電圧を制御するとともに入力力率を改善するものである。
【００１５】
また、本発明の直流電源装置は、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直流出力を平滑する電解コンデンサと、前記交流電源と前記ブリッジ整流回路との間に１次巻線を接続した２次巻線付き交流リアクタと、前記ブリッジ整流回路の２つの交流入力端子のどちらかに一方の端子を接続するコンデンサと、前記コンデンサの他方の端子と前記ブリッジ整流回路の正出力端子または負出力端子との間に接続された第１の双方向スイッチと、前記２次巻線付き交流リアクタの２次巻線の両端に接続された第２の双方向スイッチと、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、前記電解コンデンサの電圧を検出する直流電圧検出手段と、負荷電力を検出する負荷電力検出手段と、前記負荷電力検出手段の出力に応じた所定の目標電圧を記憶する目標電圧記憶手段と、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の出力に基づき直流電圧が前記目標電圧記憶手段の出力に等しくなるように前記双方向スイッチと前記第２の双方向スイッチを駆動する駆動信号を出力するスイッチ駆動信号生成手段と、前記スイッチ駆動信号生成手段の出力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、前記スイッチ駆動信号生成手段の出力に基づき前記第２の双方向スイッチを駆動する第２の双方向スイッチ駆動
手段とを備え、直流電圧を制御するとともに入力力率を改善するものである。
【００１６】
また、本発明の直流電源装置は２次巻線付き交流リアクタの１次巻線に直列に第２の交流リアクタを設け、第２の双方向スイッチが導通している期間にも交流電源とブリッジ整流回路の間に一定のインダクタンスを持たせたものである。
【００１７】
また、本発明の直流電源装置は、２次巻線付き交流リアクタの１次巻線と２次巻線間の結合を低く設定することにより、２次巻線付き交流リアクタの漏れインダクタンスを用いて第２の双方向スイッチが導通している期間にも交流電源とブリッジ整流回路の間に一定のインダクタンスを持たせたものである。これによって、
また、本発明の直流電源装置は、第２の双方向スイッチの代わりにリレーを用いたものである。
【発明の効果】
【００１８】
本発明の直流電源装置は、直流電源装置が重負荷時に目標電圧を維持できずに直流電圧の低下が発生した場合に第２の双方向スイッチの導通期間を制御することにより、２次巻線付き交流リアクタとコンデンサによる力率改善効果を維持しつつ直流電圧の低下を防止することができ、また、直流電圧の急変による負荷への悪影響を低減できるいう効果を有する。さらに、高調波電流の増加を低く押さえることができるいう効果を有する。
【発明を実施するための最良の形態】
【００１９】
第１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直流出力を平滑する電解コンデンサと、前記交流電源と前記ブリッジ整流回路との間に１次巻線を接続した２次巻線付き交流リアクタと、前記ブリッジ整流回路の２つの交流入力端子のどちらかに一方の端子を接続するコンデンサと、前記コンデンサの他方の端子と前記ブリッジ整流回路の正出力端子または負出力端子との間に接続された双方向スイッチと、前記２次巻線付き交流リアクタの２次巻線の両端に接続された第２の双方向スイッチと、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、前記電解コンデンサの電圧を検出する直流電圧検出手段と、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の出力に基づき直流電圧が所定の目標電圧に等しくなるように前記双方向スイッチと前記第２の双方向スイッチを駆動する駆動信号を出力するスイッチ駆動信号生成手段と、前記スイッチ駆動信号生成手段の出力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、前記スイッチ駆動信号生成手段の出力に基づき前記第２の双方向スイッチを駆動する第２の双方向スイッチ駆動手段とを備え、通常運転範囲では前記双方向スイッチの導通期間を制御することにより直流電圧を所望の値に維持するとともに入力力率を改善するよう動作し、重負荷時などに前記双方向スイッチの導通期間を制御しても直流電圧が目標値を維持することができなくなった場合に、前記第２の双方向スイッチの導通期間を制御するもので、導通期間中の前記２次巻線付き交流リアクタのインダクタンス値を前記２次巻線付き交流リアクタを短絡した状態と同程度まで小さくなることを利用し、重負荷状態でも直流電圧の低下を防止することができるという作用を有する。
【００２０】
第２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直流出力を平滑する電解コンデンサと、前記交流電源と前記ブリッジ整流回路との間に１次巻線を接続した２次巻線付き交流リアクタと、前記ブリッジ整流回路の２つの交流入力端子のどちらかに一方の端子を接続するコンデンサと、前記コンデンサの他方の端子と前記ブリッジ整流回路の正出力端子または負出力端子との間に接続された双方向スイッチと、前記２次巻線付き交流リアクタの２次巻線の両端に接続された第２の双方向スイッチと、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、前記電解コンデンサの電圧を検出する直流電圧検出
手段と、負荷電力を検出する負荷電力検出手段と、前記負荷電力検出手段の出力に応じた所定の目標電圧を記憶する目標電圧記憶手段と、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の出力に基づき直流電圧が前記目標電圧記憶手段の出力に等しくなるように前記双方向スイッチと前記第２の双方向スイッチを駆動する駆動信号を出力するスイッチ駆動信号生成手段と、前記スイッチ駆動信号生成手段の出力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、前記スイッチ駆動信号生成手段の出力に基づき前記第２の双方向スイッチを駆動する第２の双方向スイッチ駆動手段とを備え、通常運転範囲では前記双方向スイッチの導通期間を制御することにより直流電圧を負荷電力に応じた所望の値に維持するとともに入力力率を改善するよう動作し、重負荷時などには前記目標電圧記憶手段の目標電圧が負荷電力に応じて低下するよう記憶させておき、目標電圧に対して直流電圧を前記双方向スイッチの導通期間を制御しても目標電圧を維持することができなくなった場合に、前記第２の双方向スイッチの導通期間を制御するもので、導通期間中の前記２次巻線付き交流リアクタのインダクタンス値を前記２次巻線付き交流リアクタを短絡した状態と同程度まで小さくなることを利用し、重負荷状態でも直流電圧の低下を防止するとともに直流電圧の急変による負荷への悪影響も防止することができるという作用を有する。
【００２１】
第３の発明は、上記第１第２の発明において、  ２次巻線付き交流リアクタに直列に第２の交流リアクタを設け、重負荷時に第２の双方向スイッチが導通している期間には交流電源とブリッジ整流回路の間のインダクタンス値を第２の交流リアクタのインダクタンス値と同程度まで低下させるもので、前記第２の双方向スイッチが動作している間にも高調波電流の増加を抑えつつ直流電圧の低下を防止することができるという作用を有する。
【００２２】
第４の発明は、上記第１第２の発明において、２次巻線付き交流リアクタの１次巻線と２次巻線間の結合を低く設計することで前記２次巻線付き交流リアクタに一定の漏れインダクタンスを持たせることにより、第２の双方向スイッチが導通している期間にも交流電源とブリッジ整流回路の間のインダクタンス値を前記２次巻線付き交流リアクタの漏れインダクタンスに近い値まで低下させるもので、前記第２の双方向スイッチが動作している間にも高調波電流の増加を抑えつつ直流電圧の低下を防止することができるという作用を有する。
【００２３】
第５の発明は、上記第１〜第４の発明において第２の双方向スイッチの代わりにリレーを用いることによって直流電圧が目標値を維持することができなくなった場合に、リレーを駆動するもので、２次巻線付き交流リアクタのインダクタンス値を前記２次巻線付き交流リアクタの２次巻線を短絡した状態と同程度まで小さくなることを利用して、直流電圧の低下防止を図ることができるという作用を有する。
【００２４】
第６の発明は、上記第１〜第４の発明に記載の発明において２次巻線付き交流リアクタの２次巻線の１線をブリッジ整流回路の負出力端子と接続することにより、直流電圧が目標値を維持することができなくなった場合に、第２の双方向スイッチの導通期間を制御するもので、導通期間中の前記２次巻線付き交流リアクタのインダクタンス値を前記２次巻線付き交流リアクタの２次巻線を短絡した状態と同程度まで小さくなることを利用して、直流電圧の低下防止を図るとともに、前記第２の双方向スイッチと第２の双方向スイッチ駆動手段を非絶縁で制御することができるという作用を有する。
【００２５】
以下、本発明による直流電源装置の実施の形態について、図面を参照しながら説明する。なお、従来と同一構成については、同一符号を付して詳細な説明を省略する。
【００２６】
（実施の形態１）
図１は本発明の実施の形態１による直流電源装置の機能ブロック図である。
【００２７】
図１において、２次巻線付き交流リアクタ１８の１次巻線は交流電源１とダイオード２からダイオード５で構成されるブリッジ整流回路６の第１の交流入力端子６ａとの間に接続され、２次巻線は第２の双方向スイッチ１９の両端に接続される。コンデンサ１０は一方の端子をブリッジ整流回路６の第２の交流入力端子６ｂと接続し、他方の端子を双方向スイッチ９の一方の端子と接続している。また、双方向スイッチ９の他方の端子はブリッジ整流回路の負極出力端子６ｄと接続される。スイッチ駆動信号生成手段１４はゼロクロス検出手段１３と出力電圧検出手段１７の検出信号を受け、双方向スイッチ駆動手段１５と第２の双方向スイッチ駆動手段２０に駆動信号を出力する。ブリッジ整流回路６の直流出力を平滑する電解コンデンサ７は負荷２１に並列接続され、負荷２１に直流電力を供給する。
【００２８】
以上の構成において、直流電源装置は直流電圧があらかじめ定められた目標電圧に制御可能な負荷範囲においては、スイッチ駆動信号生成手段１４によって、検出した直流電圧が目標電圧と等しくなるようにゼロクロス点からの双方向スイッチ９駆動の遅延時間△dと導通時間△ｔを定めて双方向スイッチ駆動手段１５に双方向スイッチ９の駆動信号を出力し、第２の双方向スイッチ駆動手段２０には駆動信号を出力せず、第２の双方向スイッチ１９は開放している。そして、負荷２１への供給電力が増加して遅延時間△ｄをゼロとして導通時間△ｔをコンデンサ１０の電圧が直流電圧に等しくなる時間まで広げても、直流電圧を目標電圧に維持できず直流電圧低下状態に陥った場合には、スイッチ駆動信号生成手段１４により第２の双方向スイッチ１９を駆動するためのゼロクロスからの遅延時間△ｄ２と導通時間△ｔ２を定め、第２の双方向スイッチ駆動手段２０によって第２の双方向スイッチ１９を駆動することにより直流電圧低下を防止するよう動作する。
【００２９】
このとき、遅延時間△ｄ２は双方向スイッチ９の導通時間△ｔと同じ期間とし、導通時間△ｔ２は交流リアクタ１８の電流が第２の双方向スイッチ２の導通開始時と開放時で一致するよう制御すれば高調波電流の増加を最小限に抑えつつ、２次巻線付き交流リアクタ１８とコンデンサ１０を最も有効に利用することができる。そして、この時の各部の電圧、電流波形モデルを図２に示す。図２は交流電源１の入力電圧Ｖｉと２次巻線付き交流リアクタ１８の１次巻線を流れるリアクタ電流ＩＬ、双方向スイッチ駆動手段１５の出力Ｖｇおよび第２の双方向スイッチ駆動手段２０の出力Ｖｇ２を示したものである。また、本実施の形態においてはコンデンサ１０とブリッジ整流器６の第２の交流入力端子６ｂとを接続しているが、第１の交流入力端子６ａと接続するよう構成してもよく、双方向スイッチ９はブリッジ整流回路６の負極出力端子６ｄと接続しているが、正極出力端子６ｃとを接続してもよい。従ってこれらの組み合わせは４通り存在し、どの接続方法においても同様の効果を得ることができる。
【００３０】
（実施の形態２）
図３は、本発明の実施の形態２における機能ブロック図である。以下、図３を用いてその動作を説明する。本実施の形態においては、実施の形態１にさらに負荷電力を検出する負荷電力検出手段２１と負荷電力に応じた目標電圧を記憶する目標電圧記憶手段２２を備えた構成となっている。通常の運転状態ではこの負荷電力検出手段２１の出力により負荷の運転に最適な直流電圧を目標電圧記憶手段２２から目標電圧としてスイッチ駆動信号生成手段１４に出力され、双方向スイッチ駆動手段１５、双方向スイッチ９の制御により直流電圧が目標電圧に制御される。この時、第２の双方向スイッチ駆動手段２０には駆動信号は出力されず、第２の双方向スイッチ１９は開放している。そして、重負荷時には負荷電力に従い目標電圧記憶手段２２は出力する目標電圧を交流電源１のピーク電圧値まで低下させるよう制御する。それでも直流電圧が目標電圧よりも低下する場合には、スイッチ駆動信号生成手段１４によって実施例１と同様に第２の双方向スイッチ駆動手段２０、第２の双方向スイッチ１９によって直流電圧低下を防止するよう制御する。以上のように直
流電圧を急変させないように制御することによって負荷へ与える影響を低減しつつ直流電圧の低下を防止することができる。
【００３１】
（実施の形態３）
図４は、本発明の実施の形態３における機能ブロック図である。本発明は実施の形態１における交流電源１とブリッジ整流器６の間に２次巻線付き交流リアクタ１８と直列に２次巻線付き交流リアクタ１８のインダクタンスの数分の１から１０分の１程度のインダクタンスを持つ第２の交流リアクタ２３を挿入した構成となっている。このように構成することにより、直流電圧が低下した際に第２の双方向スイッチ１９が実施の形態１と同様の制御により導通し、２次巻線付き交流リアクタ１８のインダクタンス値が短絡状態近くまで低下した場合の入力電流の電流変化率を押さえることにより、高調波電流の増加を抑えつつ直流電圧の低下を防止することが可能となる。
【００３２】
（実施の形態４）
本発明の実施の形態４における機能ブロック図は実施の形態１と同様に図１で示される。本発明の実施の形態においては、２次巻線付き交流リアクタ１８の１次巻線と２次巻線の間に空隙を設けるなどして巻線間の結合低くすることにより２次巻線付き交流リアクタ１８の１次巻線と２次巻線間に一定のリーケージインダクタンスを持たせるように設計していることに特徴がある。このリーケージインダクタンスが実施の形態３における第２の交流リアクタ２３と同様の効果を示すこととなり、直流電圧が低下した際に第２の双方向スイッチ１９が実施の形態１と同様の制御により導通した場合でも、２次巻線付き交流リアクタ１８のインダクタンス値が数分の１から１０分の１程度までしか下がらず、入力電流の電流変化率を押さえることにより、高調波電流の増加を押さえつつ直流電圧の低下を防止することが可能となる。
【００３３】
（実施の形態５）
図５は、本発明の実施の形態５における機能ブロック図である。図５では実施の形態１における第２の双方向スイッチ１９の代わりにリレー２４を、第２の双方向スイッチ駆動手段２０の代わりにリレー駆動手段２５を用いた構成となっている。
【００３４】
以上の構成において、直流電源装置は直流電圧があらかじめ定められた目標電圧に制御可能な負荷範囲においては、実施の形態１と同様にスイッチ駆動信号生成手段１４によって、検出した直流電圧が目標電圧と等しくなるようにゼロクロス点からの双方向スイッチ９駆動の遅延時間△dと導通時間△ｔを定めて双方向スイッチ駆動手段１５に双方向スイッチ９の駆動信号を出力して直流電圧を制御する。そして、負荷２１への供給電力が増加して遅延時間△ｄをゼロとして導通時間△ｔをコンデンサ１０の電圧が直流電圧に等しくなる時間まで広げても、直流電圧を目標電圧に維持できず直流電圧低下状態に陥った場合には、スイッチ駆動信号生成手段１４によりリレー駆動手段２５にリレー駆動信号を出力し、リレー２４が導通することにより２次巻線付き交流リアクタ１８のインダクタンス値を低下させることにより、直流電圧低下を防止することが可能となる。リレー２４の駆動後、通常の運転に戻るためのリレー２４の開放を判断するには直流電圧検出手段１７によって軽負荷となって直流電圧が上昇することを利用して判断する。
【００３５】
なお、本発明の実施の形態においては実施の形態１における第２の双方向スイッチ１９と第２の双方向スイッチ駆動手段２０をそれぞれリレー２４とリレー駆動手段２５とに入れ換えた場合を示しているが、実施の形態２から実施の形態４においても、第２の双方向スイッチ１９と第２の双方向スイッチ駆動手段２０をそれぞれリレー２４とリレー駆動手段２５とに入れ換えて適用することが可能である。また、負荷電力検出手段２１を有する場合はリレー２４の駆動と開放の判断、あるいはそのどちらかのみの判断を負荷電力によって判断するよう制御することも可能である。
【００３６】
（実施の形態６）
図６は、本発明の実施の形態６における機能ブロック図である。本発明は実施の形態１における２次巻線付き交流リアクタ１８の２次巻線の１線をブリッジ整流回路６の負極出力端子６ｄに接続したものとなっている。このように構成することにより第２の双方向スイッチ１９と第２の双方向スイッチ駆動手段２０をスイッチ駆動信号生成手段１４などの他の制御回路と非絶縁で構成することができ、直流電圧の低下を防止することが可能となる。
【００３７】
なお、本発明の実施の形態においては実施の形態１における２次巻線付き交流リアクタ１８の２次巻線の１線をブリッジ整流回路６の負極出力端子６ｄに接続したものとなっているが、実施の形態２から実施の形態４においても２次巻線付き交流リアクタ１８の２次巻線の１線をブリッジ整流回路６の負極出力端子６ｄに接続することで適用が可能である。
【産業上の利用可能性】
【００３８】
以上のように、本発明の直流電源装置は、直流電源装置が重負荷時に目標電圧を維持できずに直流電圧の低下が発生した場合に第２の双方向スイッチの導通期間を制御することにより、２次巻線付き交流リアクタとコンデンサによる力率改善効果を維持しつつ直流電圧の低下を防止することができ、また、直流電圧の急変による負荷への悪影響を低減できるので、種々の直流電源装置に適用できるものである。
【図面の簡単な説明】
【００３９】
【図１】本発明の実施の形態１による機能ブロック図
【図２】本発明の実施の形態１による各部の電圧ならびに電流波形モデル図
【図３】本発明の実施の形態２による機能ブロック図
【図４】本発明の実施の形態３による機能ブロック図
【図５】本発明の実施の形態５による機能ブロック図
【図６】本発明の実施の形態５による機能ブロック図
【図７】従来の直流電源装置を用いたインバータエアコンの動作を示すブロック図
【図８】従来の直流電源装置を用いたインバータエアコンの動作を示すブロック図
【図９】従来の直流電源装置を用いたインバータエアコンの動作を示すブロック図
【図１０】従来の直流電源装置を用いたインバータエアコンの動作を示すブロック図
【図１１】従来の直流電源装置を用いたインバータエアコンの動作波形を示す波形図
【図１２】従来の直流電源装置を用いたインバータエアコンの構成を示すブロック図
【符号の説明】
【００４０】
１  交流電源
２、３、４、５  ダイオード
６  ブリッジ整流回路
７  電解コンデンサ
９  双方向スイッチ
１０  コンデンサ
１３  ゼロクロス検出手段
１４  スイッチ駆動信号生成手段
１５  双方向スイッチ駆動手段
１７  直流電圧検出手段
１８  ２次巻線付き交流リアクタ
１９  第２の双方向スイッチ
２０  第２の双方向スイッチ駆動手段
２１  負荷電力検出手段
２２  目標電圧記憶手段
２３  第２の交流リアクタ
２４  リレー
２５  リレー駆動手段
【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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【図６】
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【図７】
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【図８】
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【図９】
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【図１０】
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【図１１】
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【図１２】
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