(57)【要約】【課題】  装置の小型化並びにに低コスト化が可能な突入電流を防止する突入電流防止回路を備えた交流直流変換装置を提供する。【解決手段】  単相交流電源１の一端にリアクトル３を介して、ダイオード４ａ, ４ｂ、スイッチ５ａ, ５ｂをブリッジ上に接続して交流を直流に変換、電圧の昇圧を行い、そのブリッジの出力に平滑コンデンサ７を接続して電圧を平滑して、負荷８に直流電力を供給する装置において、突入電流防止回路６ａは、スイッチ５ａ, ５ｂのいずれかに並列に接続する。単相交流電源１を投入後、平滑コンデンサ７がある程度充電され、入力電圧検出回路によってある程度電圧が上昇するまで、スイッチ５ａ, ５ｂをオフの状態にしておくと、電流は突入電流防止回路６ａを流れ、突入電流は抵抗６ｂで抑制される。コンデンサの電圧がある値に以上になると、スイッチ５ａ, ５ｂは、通常動作に切り替わる。【選択図】  図１
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【特許請求の範囲】
【請求項１】
単相又は多相の交流電源の少なくとも一方の端子にリアクトルを介して、複数個の整流素子でブリッジ接続されたブリッジ回路を接続し、このブリッジ回路の直流出力と並列に平滑コンデンサを接続して、負荷に直流電力を供給する交流直流変換装置において、前記ブリッジ回路の整流素子のうち少なくともプラス側又はマイナス側の全てをスイッチ素子で構成し、これらスイッチ素子の少なくとも一つのスイッチ素子と並列に抵抗とダイオードとを直列に接続してなる突入電流防止回路を備えてあることを特徴とする交流直流変換装置。
【請求項２】
前記スイッチ素子を双方向スイッチで構成してあることを特徴とする請求項１記載の交流直流変換装置。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、交流直流変換装置の電源投入時、平滑コンデンサに流れる突入電流を防止する回路に関する。
【背景技術】
【０００２】
図１７は従来の交流直流変換装置の例を示すもので、単相交流電源１に突入電流防止回路２ａとリアクトル３を直列に接続し、ダイオード４ａ, ４ｂとスイッチ５ａ, ５ｂをブリッジ状に接続し、その出力に平滑コンデンサ７を接続している。さらにその出力に負荷８を接続している（例えば、特許文献１参照）。
【特許文献１】特開平７−３２２４８５号公報
【０００３】
この交流直流変換装置について通常時の動作を図を用いて説明する。
図７は単相交流電源１が正の半周期（図１７においてＶｉｎの矢印方向を正とする）でスイッチ５ａがオンのときにおける電流経路、図８は単相交流電源１が正の半周期でスイッチ５ａがオフのときにおける電流経路を示す。図９、図１０は単相交流電源１が負の半周期でスイッチ５ｂがそれぞれオン、オフのときにおける電流経路を示す。図２０は入力電圧・電流の波形と各スイッチの動作状態を示す。
【０００４】
図７に示すように、正の半周期では、スイッチ５ａがオンのとき、単相交流電源１-リアクトル３-スイッチ５ａ-スイッチ５ｂ-単相交流電源１で流れ、リアクトル３にエネルギーを貯める。スイッチ５ａがオフのとき、電流は単相交流電源１-リアクトル３-ダイオード４ａ-平滑コンデンサ７・負荷８-スイッチ５ｂ-単相交流電源１で流れ、リアクトル３で貯めたエネルギーを負荷８に伝えている。このようにスイッチ５ａがオン／オフのスイッチング、スイッチ５ｂがオン固定の状態で動作することで、単相交流電圧を直流に変換しながら出力電圧を制御している。負の半周期は逆にスイッチ５ｂがオン／オフのスイッチング、スイッチ５ａがオン固定の状態で動作する。
【０００５】
次に単相交流電源投入時の動作は以下の通りとなる。
単相交流電源１が投入直後において、平滑コンデンサ７が充電されていないと、スイッチ５ａまたは５ｂがオンした直後、回路に過大な突入電流が流れるが、図１８のようにリレースイッチ２ｃをオフして、抵抗２ｂを介すことによって、この電流を緩和させている。コンデンサ電圧がある値以上に上昇すると、入力電圧検出回路によってリレースイッチ２ｃをオンするように制御信号を与え、図１９のように突入電流防止回路２ｂをショート状態にして、通常動作を開始する。
【発明の開示】
【発明が解決しようとする課題】
【０００６】
図１７の上記リレースイッチ２ｃは、他の部品と比べ大型で、使用可能な動作温度範囲が低く、装置の小型化の弊害になる。また、このリレースイッチ２ｃは高価で電源装置の低コスト設計の弊害になっている。
【０００７】
本発明は、上記問題に鑑みてなされたものであり、装置の小型化並びにに低コスト化が可能な突入電流を防止する突入電流防止回路を備えた交流直流変換装置を提供する。
【課題を解決するための手段】
【０００８】
本発明に係る交流直流変換装置は、単相又は多相の交流電源の少なくとも一方の端子にリアクトルを介して、複数個の整流素子でブリッジ接続されたブリッジ回路を接続し、このブリッジ回路の直流出力と並列に平滑コンデンサを接続して、負荷に直流電力を供給する交流直流変換装置において、前記ブリッジ回路の整流素子のうち少なくともプラス側又はマイナス側の全てをスイッチ素子で構成し、これらスイッチ素子の少なくとも一つのスイッチ素子と並列に抵抗とダイオードとを直列に接続してなる突入電流防止回路を備えてあることを特徴とする。
【０００９】
また、本発明に係る交流直流変換装置は、前記スイッチ素子を双方向スイッチで構成してあることを特徴とする。
【発明の効果】
【００１０】
本発明によれば、入力に接続した突入電流防止回路とそれを切り替えるリレースイッチについて、出力電圧を制御する双方向スイッチと並列に突入電流防止回路を接続して、この双方向スイッチで突入電流防止回路を切り替ることで、リレースイッチを省くことが可能となる。他の部品より大型で、温度範囲の低いリレースイッチが省けるので、回路全体を小型化並びに低コスト化することが可能となり、使用温度範囲が低くならなくなる。
【発明を実施するための最良の形態】
【００１１】
発明を実施するための最良の形態を図１の回路と図１４の動作波形に基づいて説明する。単相交流電源１の一端にリアクトル３を介して、ダイオード４ａ, ４ｂと、スイッチ５ａ, ５ｂとをブリッジ上に接続して交流を直流に変換、電圧の昇圧を行い、そのブリッジの出力に平滑コンデンサ７を接続して電圧を平滑して、負荷８に直流電力を供給する。なお、本発明に係る交流直流変換装置では、単相交流電源１の一端にのみならず、他端にもリアクトル３を接続してもよい。また、他端にのみリアクトル３を接続してもよい。
【００１２】
本発明に係る交流直流変換装置は、スイッチと並列に突入電流防止回路を接続することを特徴としており、本実施形態では、突入電流防止回路６ａを、スイッチ５ａ並列に接続してある。この突入電流防止回路６ａは、抵抗６ｂとダイオード６ｃとで構成し、スイッチ５ａのマイナス側にダイオード６ｃのアノードを接続し、このダイオード６ｃのカソードを抵抗６ｂに接続し、抵抗６ｂをスイッチ５ａのプラス側に接続してある。なお、突入電流防止回路をスイッチ５ｂと並列に接続して設けてもよい。また、突入電流防止回路を２つのスイッチ５ａ，５ｂとそれぞれ並列に接続して設けてもよい。
【００１３】
続いて、動作について説明する。
通常時の動作は、単相交流電源が正の半周期では、図７及び図８に示すように、スイッチ５ａをオン／オフのスイッチング状態にし、スイッチ５ｂをオン状態で固定する。負の半周期では、図９及び図１０に示すように、スイッチ５ｂをオン／オフのスイッチング状態にし、スイッチ５ａをオン状態で固定することで、交流を直流に変換して出力電圧を制御している（図１４の通常動作）。
【００１４】
単相交流電源を投入した直後の動作は、例として、図１のように突入電流防止回路６ａをスイッチ５ａに並列に接続した場合、単相交流電源１を投入後、平滑コンデンサ７がある程度充電され、入力電圧検出回路によってある程度電圧が上昇するまで、スイッチ５ａ, ５ｂをオフの状態にしておく。図１の場合では単相交流電源１が負の半周期となれば、電流経路は図１１に示すように、単相交流電源１-ダイオード４ｂ-平滑コンデンサ７・負荷８-突入電流防止回路６ａのダイオード６ｃ-抵抗６ｂ-リアクトル３-単相交流電源１の順に流れ、突入電流は抵抗６ｂで抑制される。コンデンサの電圧が設定値以上になると、スイッチ５ａ, ５ｂは、図１２，１３に示すように通常動作に切り替わる。
【実施例１】
【００１５】
図２に実施例１を示す。この実施例１では、スイッチ１０ａ，１０ｂについて、オンしたとき電流が一方向のみ流れないスイッチ２個をそれぞれ逆方向に接続することで、両方向から電流を流すことが可能な双方向性のあるスイッチに置き換えている。なお、その他の回路構成並びに動作については図１図示の最良の実施形態とほぼ同様であるため、省略する。
【実施例２】
【００１６】
本発明の実施例２を図３の回路と図１５の動作波形に基づいて説明する。単相交流電源１の一端にリアクトル３を介して、スイッチ１２ａ, １２ｂ, １２ｃ, １２ｄをブリッジ上に接続して交流を直流に変換、電圧を昇圧する。そのブリッジの出力に平滑コンデンサ７を接続して電圧を平滑して、負荷８に直流電力を供給する。
【００１７】
実施例２では、突入電流防止回路６ａを、４個のスイッチ５ａ, ５ｂ, ５ｃ, ５ｄのうち、スイッチ５ａにのみ設けてある。この突入電流防止回路６ａは、前記実施例と同様、抵抗６ｂとダイオード６ｃとで構成し、スイッチ５ａのマイナス側にダイオード６ｃのアノードを接続し、このダイオード６ｃのカソードを抵抗６ｂに接続し、抵抗６ｂをスイッチ５ａのプラス側に接続してある。なお、本実施例においても、突入電流防止回路を他のスイッチ５ｂ，５ｃ，５ｄのいずれかにも設けることができる。また、突入電流防止回路をスイッチ５ａ，５ｂ，５ｃ，５ｄのうちいずれか複数箇所に設けることも可能である。
【００１８】
続いて、動作について説明する。
スイッチ５ａ，５ｂ，５ｃ，５ｄを４個使用した場合の通常時の動作は、単相交流電源１が正の半周期ではスイッチ５ａ、５ｃをオン／オフのスイッチング状態にし、スイッチ５ｂ、５ｄをオン状態で固定して、負の半周期ではスイッチ５ｂ、５ｄをオン／オフのスイッチング状態にし、スイッチ５ａ、５ｃをオン状態で固定することで、交流を直流に変換して出力電圧を制御している（図１５の通常動作）。
【００１９】
単相交流電源１を投入した直後の動作は、例として図３のように、突入電流防止回路６ａをスイッチ５ａに並列に接続した場合、単相交流電源１を投入後、平滑コンデンサ７がある程度充電され、入力電圧検出回路によってある程度電圧が上昇するまで、スイッチ５ａ,５ｂはオフの状態に、スイッチ５ｄはオンの状態にしておく。単相交流電源１が負の半周期において、電流経路は単相交流電源１-スイッチ５ｄ-平滑コンデンサ７・負荷８-突入電流防止回路６ａのダイオード６ｃ-抵抗６ｂ-リアクトル３-単相交流電源１の順に流れ、突入電流は抵抗６ｂで抑制される。コンデンサ７の電圧が設定値以上になると、スイッチ５ａ,５ｂ, ５ｃ,５ｄは通常動作に切り替わる。
【００２０】
本実施例においては、ブリッジを構成する整流素子をスイッチ５ａ，５ｂ，５ｃ，５ｄで構成してあるが、プラス側の整流素子をスイッチで構成し、マイナス側の整流素子をダイオードで構成することも可能である。
【実施例３】
【００２１】
図４に実施例３を示す。この実施例３では、スイッチ１０ａ，１０ｂ，１０ｃ，１０ｄについて、オンしたとき電流が一方向のみ流れないスイッチ２個をそれぞれ逆方向に接続することで、両方向から電流を流すことが可能な双方向性のあるスイッチに置き換えている。なお、その他の回路構成並びに動作については実施例３とほぼ同様であるため、省略する。
【００２２】
本実施例においては、ブリッジを構成する整流素子を双方向性のあるスイッチ１０ａ，１０ｂ，１０ｃ，１０ｄで構成してあるが、プラス側の整流素子を双方向性のあるスイッチで構成し、マイナス側の整流素子をダイオードで構成することも可能である。
【実施例４】
【００２３】
本発明の実施例４を図５の回路と図１６の動作波形に基づいて説明する。三相交流電源１３ａ, １３ｂ, １３ｃの一端にリアクトル１４ａ, １４ｂ, １４ｃを介して、ダイオード１５ａ, １５ｂ, １５ｃと、スイッチ１６ａ, １６ｂ, １６ｃとをブリッジ上に接続して交流を直流に変換、電圧を昇圧する。そのブリッジの出力に平滑コンデンサ７を接続して電圧を平滑して、負荷８に直流電力を供給する。
【００２４】
実施例４では、突入電流防止回路６ａを、スイッチ１６ａと並列に接続してある。この突入電流防止回路６ａは、前記実施例と同様、抵抗６ｂとダイオード６ｃとで構成し、スイッチ１６ａのマイナス側にダイオード６ｃのアノードを接続し、このダイオード６ｃのカソードを抵抗６ｂに接続し、抵抗６ｂをスイッチ１６ａのプラス側に接続してある。なお、本実施例においても、突入電流防止回路を他のスイッチ１６ｂ，１６ｃのいずれかにも設けることができる。また、突入電流防止回路をスイッチ１６ａ，１６ｂ，１６ｃ，１６ｄのうちいずれか複数箇所に設けることも可能である。
【００２５】
続いて、動作について説明する。
入力を三相交流とした場合の通常動作については、各相において正の半周期となった相のスイッチはオン／オフのスイッチングの状態、負の半周期となった相はオン固定の状態にすることで、交流を直流に変換して出力電圧を制御している（図１６の通常動作）。オン／オフのスイッチングの状態が２相で行われる場合、２個のスイッチのオン／オフは同じタイミングとなる。
【００２６】
三相交流電源１３ａ，１３ｂ，１３ｃを投入した直後の動作は、例として図５のように、突入電流防止回路６ａをスイッチ１６ａに並列に接続した場合、三相交流電源１３ａ, １３ｂ, １３ｃを投入後、平滑コンデンサ７がある程度充電され、入力電圧検出回路によってある程度電圧が上昇するまで、スイッチ１６ａ, １６ｂ, １６ｃはオフの状態にしておく。三相交流電源１３ａが正である周期において、電流経路は三相交流電源１３ｂ, １３ｃ-リアクトル１４ｂ, １４ｃ-ダイオード１５ｂ, １５ｃ-平滑コンデンサ７・負荷８-突入電流防止回路のダイオード６ｃ-抵抗６ｂ-リアクトル１４ａ-三相交流電源１３ａの順に流れ、突入電流は抵抗６ｂで抑制される。ただしこの場合、三相交流電源１３ｂ, １３ｃが負であると、電流はそれぞれの相には流れない。コンデンサ７の電圧が設定値以上になると、スイッチ１６ａ, １６ｂ, １６ｃは通常動作に切り替わる。
【００２７】
本実施例においては、ブリッジを構成するマイナス側の整流素子をスイッチ１６ａ，１６ｂ，１６ｃで構成し、プラス側の整流素子をダイオード１５ａ，１５ｂ，１５ｃで構成してあるが、単相の場合と同様に、全ての整流素子をスイッチで構成したり、プラス側の整流素子をスイッチで構成し、マイナス側の整流素子をダイオードで構成することも可能である。
【実施例５】
【００２８】
図４に実施例５を示す。この実施例５では、スイッチ１７ａ，１７ｂ，１７ｃについて、オンしたとき電流が一方向のみ流れないスイッチ２個をそれぞれ逆方向に接続することで、両方向から電流を流すことが可能な双方向性のあるスイッチに置き換えている。なお、その他の回路構成並びに動作については実施例３とほぼ同様であるため、省略する。
【００２９】
本実施例においては、ブリッジを構成するマイナス側の整流素子を双方向性のあるスイッチ１７ａ，１７ｂ，１７ｃで構成し、プラス側の整流素子をダイオード１５ａ，１５ｂ，１５ｃで構成してあるが、単相の場合と同様に、全ての整流素子を双方向性スイッチで構成したり、プラス側の整流素子を双方向性スイッチで構成し、マイナス側の整流素子をダイオードで構成することも可能である。
【００３０】
上記実施例では、単相２線式と三相３線式について説明したが、これらに限定されず、例えば三相４線式の場合でも本発明を構成することが可能である。
【産業上の利用可能性】
【００３１】
本発明によれば、入力に接続した突入電流防止回路とそれを切り替えるリレースイッチについて、出力電圧を制御する双方向スイッチと並列に突入電流防止回路を接続して、この双方向スイッチで突入電流防止回路を切り替ることで、リレースイッチを省くことが可能となる。他の部品より大型で、温度範囲の低いリレースイッチが省けるので、回路全体がを小型化並びに低コスト化することが可能となり、使用温度範囲が低くならなくなる。
【図面の簡単な説明】
【００３２】
【図１】本発明を実施するための最良の形態における回路図を示す。
【図２】本発明に係る実施例１の回路図を示す。
【図３】本発明に係る実施例２の回路図を示す。
【図４】本発明に係る実施例３の回路図を示す。
【図５】本発明に係る実施例４の回路図を示す。
【図６】本発明に係る実施例５の回路図を示す。
【図７】本発明に使用できる交流直流変換装置の通常時において、単相交流電源が正でスイッチがオンのときにおける電流経路を示す。
【図８】本発明に使用できる交流直流変換装置の通常時において、単相交流電源が正でスイッチがオフのときにおける電流経路を示す。
【図９】本発明に使用できる交流直流変換装置の通常時において、単相交流電源が負でスイッチがオンのときにおける電流経路を示す。
【図１０】本発明に使用できる交流直流変換装置の通常時において、単相交流電源が負でスイッチがオフのときにおける電流経路を示す。
【図１１】本発明の突入電流防止回路の動作時における電流経路を示す。
【図１２】本発明の突入電流防止回路の通常時（スイッチオフ時）における電流経路を示す。
【図１３】本発明の突入電流防止回路の動作時（スイッチオン時）における電流経路を示す。
【図１４】本発明を実施するための最良の形態における動作波形を示す。
【図１５】本発明に係る実施例２の動作波形を示す。
【図１６】本発明に係る実施例４の動作波形を示す。
【図１７】従来の交流直流変換装置の実施例を示す。
【図１８】従来の突入電流防止回路の動作時における電流経路を示す。
【図１９】従来の突入電流防止回路の通常時における電流経路を示す。
【図２０】従来の交流直流変換装置の動作波形を示す。
【符号の説明】
【００３３】
１  交流入力電源
２ａ  従来方式の突入電流防止回路
２ｂ  従来方式の突入電流防止回路用の抵抗
２ｃ  リレースイッチ
３、１４ａ、１４ｂ、１４ｃ  リアクトル
４ａ、４ｂ、１５ａ、１５ｂ、１５ｃ  ダイオード
５ａ、５ｂ、５ｃ、５ｄ、１６ａ、１６ｂ、１６ｃ  スイッチ
６ａ  本発明における突入電流防止回路
６ｂ  本発明における突入電流防止回路の抵抗
６ｃ  本発明における突入電流防止回路のダイオード
７  平滑コンデンサ
８  負荷
９  制御回路
１０ａ、１０ｂ、１０ｃ、１０ｄ、１７ａ、１７ｂ、１７ｃ  双方向スイッチ
１３ａ、１３ｂ、１３ｃ  三相交流入力電源
【図１】
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【図２】
2005341722.tif 000004
【図３】
2005341722.tif 000005
【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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【図１３】
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【図１４】
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【図１５】
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【図１６】
2005341722.tif 000018
【図１７】
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【図１８】
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【図１９】
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【図２０】
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